Nieuwe materialen kunnen het binnenkort mogelijk maken dat beschadigde elektronische componenten, zoals in ruimtevaartuigen, zichzelf herstellen. De materialen die recentelijk door wetenschappers zijn ontwikkeld, kunnen hun eigen mechanische schade herstellen met de elektrische ladingen die worden gegenereerd door de mechanische impact erop.
Apparaten die we dagelijks gebruiken gaan vaak kapot door mechanische schade, waardoor we gedwongen zijn ze te repareren of te vervangen. Dit verkort de levensduur van de apparatuur en verhoogt de onderhoudskosten. In veel gevallen, zoals bij ruimtevaartuigen, is menselijk ingrijpen voor restauratie niet mogelijk.
Met dergelijke behoeften in gedachten hebben onderzoekers van het Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Kolkata, in samenwerking met IIT Kharagpur, piëzo-elektrische moleculaire kristallen ontwikkeld die zichzelf herstellen van mechanische schade zonder dat externe tussenkomst nodig is. Piëzo-elektrische kristallen zijn een klasse van materialen die elektriciteit opwekken wanneer deze een mechanische impact ondergaat.
De door de wetenschappers ontwikkelde piëzo-elektrische moleculen, organische bipyrazolkristallen genaamd, recombineren na mechanische breuk zonder enige tussenkomst van buitenaf, autonoom zelfgenezend in milliseconden met kristallografische precisie.
In deze moleculaire vaste stoffen verwerven de gebroken stukken, vanwege de unieke eigenschap om elektrische ladingen te genereren bij mechanische impact, elektrische ladingen op de scheurovergang, wat leidt tot aantrekking door beschadigde delen en nauwkeurige autonome reparatie. Dit onderzoek wordt ondersteund door het Ministerie van Wetenschap en Technologie, GoI via Swarnajayanti Fellowship aan CM Reddy en Science and Engineering Research Board (SERB) onderzoekssubsidies zijn gepubliceerd in het tijdschrift 'Wetenschap' onlangs.
Deze methodologie is oorspronkelijk ontwikkeld door het IISER Kolkata-team onder leiding van prof. C Malla Reddy, een ontvanger van een Swarnajayanti-beurs (2015) gegeven door het Department of Science & Technology, GoI. Prof. Nirmalya Ghosh van IISER Kolkata, een laureaat van de Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) GG Stokes Award in Optical polarization 2021, gebruikte een op maat ontworpen ultramodern polarisatiemicroscopisch systeem om de perfectie van de piëzo-elektrische organische kristallen. Deze materialen met een perfecte interne rangschikking van moleculen of ionen worden 'kristallen' genoemd, die in de natuur overvloedig aanwezig zijn.
Het team van IIT Kharagpur, Prof. Bhanu Bhusan Khatua en Dr. Sumanta Karan, bestudeerden de prestaties van de nieuwe materialen voor het vervaardigen van mechanische apparaten voor het oogsten van energie. Het materiaal kan worden toegepast in hoogwaardige microchips, mechanische precisie met hoge precisie sensor, actuatoren, micro-robotica, enzovoort. Nader onderzoek naar dergelijke materialen kan uiteindelijk leiden tot de ontwikkeling van slimme gadgets die zelf scheuren of krassen repareren.
