(PhysOrg.com)-I den superlilla världen av nanostrukturer, ett team av polymerforskare och ingenjörer vid University of Massachusetts Amherst har upptäckt hur man kan göra reparationer i nanoskala på en skadad yta som motsvarar att fylla på en repad bilskärm istället för att yta hela delen igen. Arbetet bygger på en teoretisk förutsägelse av kemisk ingenjör och medförfattare Anna Balazs vid University of Pittsburgh.

Deras upptäckt rapporteras i veckan i det aktuella numret av Naturnanoteknik . Den nya tekniken har många praktiska konsekvenser, särskilt att reparation av en skadad yta med denna metod skulle kräva betydligt mindre mängder material, undvika behovet av att belägga hela ytor när bara en liten bråkdel är sprucken, säger teamledaren och UMass Amherst -polymerforskaren Todd Emrick.

"Detta är särskilt viktigt eftersom även små sprickor kan leda till strukturellt misslyckande men vår teknik ger en stark och effektiv reparation. Behovet av snabba, effektiva beläggnings- och reparationsmekanismer är genomgripande idag i allt från flygplansvingar till mikroelektroniska material till biologiska implantatanordningar, " han lägger till.

I nanoskala, skadade områden har vanligtvis egenskaper som skiljer sig från deras oskadade omgivande yta, inklusive olika topografi, vätningsegenskaper, grovhet och jämn kemisk funktionalitet, Förklarar Emrick. Han lägger till, "Anna Balazs förutspådde, använder datorsimulering, att om nanopartiklar hölls i en viss typ av mikrokapsel, de skulle sondera en yta och släppa ut nanopartiklar i vissa specifika områden av ytan, "tillåter effektivt en platsreparation.

Denna vision av kapslar som sonderar och släpper ut innehållet i en smart, utlöst mode, känd som "reparera-och-gå, "är karakteristisk för biologisk process, såsom i vita blodkroppar, Tillägger Emrick.

Han säger att det experimentella arbetet för att stödja konceptet krävde insikt i kemin, fysik och mekaniska aspekter av inkapsling av material och kontrollerad frisättning, och uppnåddes genom samarbete mellan tre polymermateriallaboratorier vid UMass Amherst, ledd av Alfred Crosby, Thomas Russell och han själv.

Forskarna visar hur användning av ett polymert ytaktivt ämne stabiliserar oljedroppar i vatten (i emulsionsdroppar eller kapslar), inkapslar nanopartiklar effektivt, men på ett sätt där de kan släppas när så önskas, eftersom kapselväggen är mycket tunn.

"Vi fann då att de nanopartikelinnehållande kapslarna rullar eller glider över skadade underlag, och mycket selektivt deponera sitt nanopartikelinnehåll i de skadade (spruckna) områdena. Eftersom de nanopartiklar vi använder är fluorescerande, deras lokalisering i de spruckna regionerna är tydligt uppenbar, som är selektiviteten för deras lokalisering. "

Med snabb och selektiv avsättning av sensormaterial i skadade områden, deras innovativa arbete ger också en exakt metod för att upptäcka skadade underlag, betonar han. Till sist, de nya inkapslingsteknikerna tillåter leverans av hydrofoba föremål i ett vattenbaserat system, ytterligare utesluter behovet av organiska lösningsmedel i industriella processer som är ofördelaktiga ur miljösynpunkt.

Emrick säger, "Efter att ha insett konceptet experimentellt, framåt hoppas vi nu kunna visa återhämtning av mekaniska egenskaper hos belagda föremål genom att justera sammansättningen av de nanopartiklar som levereras. "