Para 6, 000 anos, os humanos têm feito coisas do metal porque ele é forte e resistente; muita energia é necessária para danificá-lo. O outro lado dessa propriedade é que muita energia é necessária para reparar esse dano. Tipicamente, o processo de reparo envolve derreter o metal com tochas de soldagem que podem chegar a 6, 300 ° F.

Agora, pela primeira vez, Os engenheiros da Penn desenvolveram uma maneira de consertar metal em temperatura ambiente. Eles chamam sua técnica de "cura" por causa de sua semelhança com a forma como os ossos curam, recrutamento de matéria-prima e energia de uma fonte externa.

O estudo foi conduzido por James Pikul, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica e Mecânica Aplicada e Zakaria Hsain, um estudante de graduação em seu laboratório.

Foi publicado na revista Materiais Funcionais Avançados .

Além dos custos de energia associados ao processo atual de reparo de metal fundindo-o em uma forma mais flexível, existem alguns componentes de metal para os quais essa estratégia de reparo nem mesmo é uma opção. Por exemplo, derreter remove a intrincada estrutura interna de espumas metálicas, que são metais feitos com bolsas internas de ar. Esse arranjo de escoras e folgas reduz o peso do material enquanto mantém sua resistência geral.

Ao explorar maneiras de reparar esses metais porosos, Pikul e Hsain analisaram os materiais existentes de "autocura", que geralmente são feitos de polímeros e plásticos relativamente macios.

"A maneira como as pessoas fazem a autocura hoje em dia é impregnando esses polímeros com diferentes produtos químicos que, quando esse polímero é rompido, são liberados e se misturam como um epóxi, colar o material de volta, "Pikul diz." Essa abordagem funciona para polímeros porque os polímeros podem fluir e são relativamente fáceis de remodelar em temperatura ambiente, mas isso significa que eles têm força limitada como resultado. "

Para curar espumas de metal, que geralmente têm melhores propriedades estruturais do que os polímeros, Pikul e Hsain começaram encontrando uma maneira de "sentir" onde haviam sido danificados. Em vez de encapsular produtos químicos adicionais usados ​​no reparo, os pesquisadores perceberam que poderiam usar a quebra de uma camada de polímero como uma espécie de sinal químico.

Pikul e Hsain usaram deposição de vapor químico para revestir uniformemente cada suporte da espuma de níquel com uma camada de Parileno D, um polímero quimicamente inerte e elástico. Como a tolerância a danos deste material é ligeiramente inferior à do níquel, ele quebra primeiro quando a amostra é danificada, revelando o metal por baixo. Os pesquisadores poderiam então usar a galvanoplastia para construir novas escoras de níquel apenas no níquel exposto, onde eram necessárias.

Galvanoplastia é relativamente de baixa energia, técnica de temperatura ambiente, mais comumente usado para adicionar uma camada de cromo a peças de automóveis ou ouro a joias. No exemplo anterior, um aro de pneu de aço é colocado em um banho de eletrólito líquido que contém íons de cromo. Quando uma tensão é aplicada, íons próximos ao aço reagem e formam um revestimento uniforme de metal de cromo no aço.

"Ao contrário dos polímeros, metais não fluem em temperatura ambiente, "Pikul diz." O bom da eletroquímica é que os íons de metal podem se mover facilmente através do eletrólito líquido. Em seguida, usamos a eletroquímica para converter os íons em metal sólido. O polímero atua como uma máscara de litografia e só permite que os íons se transformem em metal onde a espuma de metal foi quebrada. "

Pikul e Hsain curaram três tipos de danos em seus experimentos em amostras em escala centimétrica de sua espuma de níquel revestida com polímero:amostras com rachaduras, amostras que foram separadas até serem conectadas por apenas alguns suportes, e amostras que foram clivadas em duas.

A cura do dano levou cerca de quatro horas, e porque a galvanoplastia atua sobre todo o níquel exposto de uma só vez, o tempo que leva para curar o dano é independente do tamanho da amostra.

Embora esta abordagem à temperatura ambiente não seja verdadeiramente "autocurativa" porque requer uma fonte de energia externa e matérias-primas, Pikul acha que isso está de acordo com a forma como a autocura ocorre no corpo.

"Acho que a maioria das pessoas diria que o osso é um material de autocura, "Pikul diz, "e eu penso, na prática, nosso material é muito semelhante ao osso. O osso também não é totalmente independente; ele precisa de uma fonte de energia e nutrientes para curar, ambos vêm de comer alimentos. Em nosso sistema, estes funcionam de forma semelhante à voltagem e ao banho de galvanoplastia. "

Também como osso, as áreas reparadas são, na verdade, mais fortes do que eram antes de serem danificadas porque níquel extra é cultivado no local da cicatrização. O novo níquel, Contudo, reduz a eficiência de cura ao usar esta técnica repetidamente. Como as áreas cicatrizadas não têm mais revestimento de polímero, o níquel continuaria a se acumular caso outro pedaço da amostra precisasse ser curado.

Pikul espera que novas pesquisas sobre essa técnica aumentem as semelhanças com a cura biológica.

"O fluido eletrolítico que permite a cura pode ser integrado às espumas de metal para que se pareça com o sangue em nosso corpo, "Pikul diz." Uma vez que a espuma é fraturada, o eletrólito circundará a área fraturada e cicatrizará o metal após a aplicação de uma voltagem externa, que pode ser de bateria. "

A espuma pode ser curada sem a necessidade de remover e submergir a parte danificada - particularmente útil se a parte em questão for uma porta de carro, braço robótico, ou componente da estação espacial.