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Un revestimiento metálico que se repara solo
Los aviones, automóviles y barcos que no se corroen son la promesa de revestimientos de pintura y materiales poliméricos autocurativos. Ahora los investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería y Automatización de Fabricación y la Universidad de Duisburg-Essen en Alemania han creado un revestimiento de metal que puede repararse solo después de sufrir daños.
Burbujas curativas : Diminutas cápsulas llenas de líquido de unos pocos cientos de nanómetros de ancho se encuentran dispersas por una fina capa de metal galvanizado. Las cápsulas podrían llenarse con polímeros para hacer recubrimientos metálicos que se reparan a sí mismos.
El metal autorreparable se puede galvanizar, lo que abre aplicaciones en la construcción, la fabricación de automóviles y otras industrias que utilizan o fabrican máquinas de acero. (Las tuercas, pernos y tornillos de acero, que es susceptible a la corrosión, ya están galvanizados con metales inoxidables como el zinc y el cromo).
El nuevo recubrimiento tiene alrededor de 15 micrómetros de espesor y contiene cápsulas de polímero de unos cientos de nanómetros de diámetro. Cuando el revestimiento se raya, las cápsulas deben reventar y liberar su contenido, que podría ser un polímero capaz de sellar la grieta o líquidos inhibidores de la corrosión.
Hasta ahora, los investigadores han elaborado recubrimientos con nanocápsulas a partir de metales o aleaciones que incluyen cobre, zinc y níquel. En principio, debería ser posible hacerlos a partir de cualquier metal que pueda galvanizarse, dice Harald Holeczek, un investigador de Fraunhofer que participó en el trabajo.
Aunque Holeczek y sus colegas aún no han demostrado la propiedad de autocuración del material, es importante poder incorporar nanocápsulas llenas de líquido en capas galvanizadas, dice Michael Kessler , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Iowa. Este es el primer recubrimiento autocurativo que se puede galvanizar, dice. La ventaja es que la galvanoplastia es un proceso industrial ampliamente utilizado.
El líquido dentro de las nanocápsulas podría adaptarse a una variedad de propósitos. Por ejemplo, las cápsulas en el revestimiento de los rodamientos de bolas podrían llenarse con aceites minerales para hacer que los rodamientos se autolubrican. Las cápsulas llenas de líquidos coloreados o aceites perfumados pueden producir piezas metálicas que cambian de color o desprenden un olor cuando se dañan. Mejor aún, se podrían incorporar varios tipos diferentes de cápsulas dentro de una capa de metal, dice Holeczek. Por ejemplo, puede ser posible usar color o aroma en una capa superior para señalar desgaste o daño y usar algún agente inhibidor en una capa más profunda para prevenir daños severos.
La galvanoplastia implica pasar una corriente a través de una solución de electrolito que contiene iones metálicos positivos. El objeto que debe recubrirse recibe una carga negativa y se sumerge en el electrolito. Los iones positivos son atraídos hacia la superficie negativa, creando una fina capa de metal.
Los investigadores de Fraunhofer fabrican las nanocápsulas por separado antes de agregarlas a una solución de electrolitos. Pero hacer cápsulas que sobrevivan al proceso de galvanoplastia no fue fácil: los electrolitos fuertes pueden degradar fácilmente las cápsulas, dice Holeczek. Además, las cápsulas muy pequeñas tienden a pegarse entre sí una vez que se introducen en un medio acuoso. Entonces, los investigadores tuvieron que agregar una mezcla patentada de productos químicos a la solución de electrolitos y a las cápsulas mismas para evitar que esto sucediera.
Como resultado, las nanocápsulas se pueden integrar en el revestimiento delgado sin afectar su dureza y otras propiedades mecánicas, dice Holeczek. También se distribuyen uniformemente a través de la capa de metal, lo que significa que hay más posibilidades de que las cápsulas se abran incluso cuando el daño es menor.
Paul Braun , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, ha creado un sistema de curación de microcápsulas que se puede agregar a una amplia gama de pinturas y recubrimientos protectores y ahora se comercializa. Él dice que hacer las cápsulas demasiado pequeñas podría frustrar el propósito: si tiene un rasguño de 15 micrómetros de ancho, entonces no puede liberar suficiente material para llenar el plano de la grieta.
Sin embargo, una vez que los investigadores encuentren las químicas adecuadas para demostrar que el material puede curarse por sí mismo, dice Braun, podría abrir un espacio de oportunidad completamente nuevo.