Magneettista mustetta itsekorjautuviin rakenteisiin

Kalifornian yliopiston San Diegossa tiimi insinöörejä on kehittänyt magneettista mustetta, josta voidaan tehdä itsekorjautuvia akkuja, sähkökemiallisia antureita ja puettavia, tekstiilipohjaisia sähköisiä piirejä.

Musteen avaintekijä ovat mikrohiukkaset, jotka suuntautuvat tiettyyn kokoonpanoon magneettikentän ohjauksessa. Laiterakenne, joka korjaa leveydeltään kolmen millimetrin halkeaman, on ennätys itsekorjautuvien järjestelmien alalla.

Olemassa olevat itsekorjauvat materiaalit vaativat ulkoista liipaisua käynnistämään korjausprosessin. Ne myös kestävät muutamasta minuutista useisiin työpäiviin. Uusi materiaali ei vaadi ulkopuolista katalyyttiä toimiakseen ja vaurio korjautuu noin 50 millisekunnissa.

Tutkijat vaurioittivat rakennetta jopa yhdeksän kertaa samaan paikkaan. He aiheuttivat vaurioita myös neljässä eri kohdassa rakennetta. Ne korjasivat itsensä ja palauttivat toimintakykynsä, vaikkakin menettivät parhaan johtavuutensa.

Insinöörit käyttivät musteessaan neodyymistä tuotettuja mikropartikkeleita. Hiukkasten magneettikenttä on paljon suurempi kuin niiden yksittäinen koko. Tämä on avain itsekorjautumisen ominaisuuksille, koska hiukkasten välinen vetovoima johtaa rikkoutuman sulkeutumiseen.

Hiukkaset myös johtavat sähköä ja ovat edullisia. Mutta niillä on huonot sähkökemialliset ominaisuudet, jolloin niitä on vaikea käyttää sähkökemiallisissa laitteissa, kuten antureissa, sellaisenaan. Ongelma ratkaistiin noella, jota käytetään yleisesti paristoissa ja antureissa.

Hallitsemattomassa kokoonpanossa mikrohiukkasten magneettikentät kumoavat toisensa, mikä estää rakenteen itsekorjausominaisuudet. Siksi mustetulostus tehdään ulkoisessa magneettikentässä, jolloin hiukkaset asettuvat kuin kestomagneetissa. Kun rakenne leikataan kahtia, kaksi vaurioitunutta kappaletta toimivat kuin eri magneetit, jotka vetävät toisiaan puoleensa ja näin korjaavat rakenteen.

Kuvan T-paidan hihaan printatun itsekorjautuvan piirin ledi sammuu kun piiri leikataan poikki. Muutamassa sekunnissa se kuitenkin syttyy uudelleen kun piirin kaksi osaa liittyvät jälleen yhteen.