Materiaal kan zichzelf repareren met nanobuisjes

Een klein percentage nanobuisjes in epoxyhars kan ervoor zorgen dat scheurtjes worden gedetecteerd en gerepareerd. Volgens Nikihil Koratkar van het Rensselaer Polytechnic Institute in Troy (New York) is deze composiet met nanobuisjes geschikt om de veiligheid te verbeteren van vliegtuigvleugels en andere materialen waarin door voortdurende en variabele belasting scheurtjes kunnen ontstaan (Applied Physics Letters online, 24 september).

Koratkar verspreidde één gewichtsprocent aan nanobuisjes gelijkmatig door een epoxyhars, een materiaal dat in combinatie met glas- of koolstofvezels wordt toegepast in onder andere vliegtuigvleugels en bootrompen. De koolstof nanobuisjes die Koratkar gebruikte zijn moleculen met de structuur van een lange rol kippengaas.

Koratkar legde bovenop de epoxyhars met nanobuisjes een raster en mat de spanningsverschillen tussen de rasterpunten door kleine stroompjes door het materiaal te sturen. Als hij met een scheermesje een scheurtje maakte in het materiaal, dan nam de weerstand toe.

Door de spanning op het materiaal te verhogen was Koratkar bovendien in staat om een tweede hars, met een laag smeltpunt en die in korreltjes aan het materiaal was toegevoegd, te laten smelten en in een scheurtje te laten lopen. Volgens Koratkar behoudt het gerepareerde materiaal 70 procent van zijn oorspronkelijke sterkte.

In een reactie wijst Sybrand van der Zwaag, hoogleraar Technische Materiaal Wetenschappen in Delft erop dat Koratkar niet alleen de verwarmende werking van de nanobuisjes gebruikt, maar ook een extern hittekanon, om gesmolten materiaal in het scheurtje te laten lopen. De nanobuisjes versnellen het proces wel. Van der Zwaag wijst er ook op dat epoxy met nanobuisjes niet het enige materiaal is dat een weerstandsverandering laat zien als het scheurtjes vertoont.

Een elektronisch netwerk rond kwetsbare onderdelen van een vliegtuig zou volgens Koratkar scheurtjes vroegtijdig kunnen detecteren en repareren. Volgens Van der Zwaag hebben zijn Delftse collega’s Plamen Malchev en Stephen Picken een benadering ontwikkeld die lijkt op die van Koratkar. Daaruit zijn praktische problemen naar voren gekomen bij het repareren van een materiaal door warmteontwikkeling met stroom. Zo blijkt dat de warmteontwikkeling op de plaats van de scheur in de praktijk lager is dan elders in het materiaal.

Michiel van Nieuwstadt