Bij toeval heeft een Japanse student een polymeer glas ontdekt dat zichzelf herstelt. Dat glas kan gebruikt worden voor smartphones, zodat het geen ramp meer is als je de telefoon laat vallen en het scherm breekt.
Polymeren die worden gebruikt als vervanging van glas moeten hard zijn, zodat er niet snel krassen in komen. Maar als zulk glas breekt, bijvoorbeeld na een val, dan laat het zich niet herstellen. De enige optie is het plastic opnieuw bij hoge temperatuur te smelten. Dat is bij een telefoonscherm ondoenlijk.
Bij experimenten om een polymeer te gebruiken als lijm, ontdekte student-ingenieur Yu Yanagisawa van de University of Tokyo bij toeval dat het doorgesneden materiaal zichzelf herstelde wanneer de student twee helften tegen elkaar drukte. Het polymeer heeft de chemische samenstelling poly (thio-ureum) ethyleenglycol (TUEG3). Yanagisawa publiceerde er samen met zijn hoogleraar over in Science.
Voor het zelfhelend vermogen zijn twee eigenschappen van dit materiaal belang:
► Bij een breuk wordt herstel van de waterstofbindingen geholpen door de samenstelling van het materiaal.
Waterstofbindingen zorgen in een polymeer voor het ontstaan van de molecuulketens waaruit het materiaal is opgebouwd. Bij een breuk zijn die bindingen verbroken. Nu blijkt dat de tri-ethyleenglycol in het materiaal (een verbinding van waterstof, koolstof en zuurstof) het herstel van die waterstofbinding bevorderen door het vormen van tijdelijke ‘bruggen’.
► Bij een breuk kristalliseert het materiaal niet, zodat de waterstofbindingen beweeglijk blijven
Die eigenschap is te danken aan thio-ureum, een molecuul dat lijkt op ureum, maar een zwavelatoom in plaats van een zuurstofatoom heeft. Die moleculen hebben in het materiaal geen geordende structuur, wat de kristallisatie tegengaat. Dat is gunstig voor het herstel van de breuk, want de waterstofbindingen moeten beweeglijk blijven, en kristallisatie verhindert dat.
Als proef op de som namen de onderzoekers van de University of Tokyo een stukje materiaal van 2 cm x 1 cm en 2 mm dik, dat ze in tweeën sneden. Vervolgens werden beide stukken langs het snijvlak 30 sec tegen elkaar gehouden, bij kamertemperatuur en met een druk van 2 bar. De twee losgesneden stukken bleken zichzelf volledig aan elkaar te hechten. Na het herstelproces trokken de onderzoekers met een gewicht van 300 gram aan het glas, en het materiaal bleef volkomen in tact.
Verder onderzoek moet uitwijzen hoe het materiaal is toe te passen bij telefoonschermen. Daarvoor moet het namelijk ook werken als het glas heel dun en relatief groot is.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.