Self-healing materiaal kan zelf bouwen van koolstof in de lucht: Een pagina nemen van groene planten, nieuwe polymeer “groeit” door een chemische reactie met koolstofdioxide.

Een materiaal gemaakt door MIT chemici kan reageren met kooldioxide uit de lucht, groeien, versterken, en zelfs repareren zichzelf. het polymeer, die ooit kunnen worden gebruikt als constructiemateriaal of reparatiemateriaal of beschermende coatings, zet continu de broeikas gas in een op koolstof gebaseerd materiaal dat zelf versterkt.

De huidige versie van het nieuwe materiaal een synthetisch gel-achtige substantie die een chemisch proces op dezelfde manier verricht planten nemen koolstofdioxide uit de lucht in de groeiende weefsels. Het materiaal zou kunnen, bijvoorbeeld, worden gemaakt in panelen van een lichtgewicht matrix die kan worden verzonden naar een bouwplaats, waar ze zouden verharden en stollen alleen van blootstelling aan lucht en zonlicht, waardoor besparing op de energie en de kosten van het transport.

De conclusie wordt beschreven in een artikel in het tijdschrift Geavanceerde materialen, door professor Michael Strano, postdoc Seon-Yeong Kwak, en acht anderen aan het MIT en aan de Universiteit van Californië in Riverside

“Dit is een geheel nieuw concept in de materiaalkunde,”Zegt Strano, de koolstof C. Dubbs hoogleraar Chemische Technologie. “Wat wij noemen koolstofarme bevestigingsmateriaal niet bestaan ​​vandaag nog” buiten de biologische rijk, hij zegt, beschrijven materialen die kooldioxide kan transformeren in de omgevingslucht tot een vast, stabiele vorm, met alleen de kracht van het zonlicht, net zoals planten dat doen.

Het ontwikkelen van een synthetisch materiaal dat niet alleen vermijdt het gebruik van fossiele brandstoffen voor de oprichting, maar eigenlijk verbruikt kooldioxide uit de lucht, heeft duidelijke voordelen voor het milieu en klimaat, de onderzoekers wijzen erop. “Stel je een synthetisch materiaal dat kan groeien als bomen, waarbij het koolstofatoom van kooldioxide en nemen in de ruggengraat van het materiaal,”Strano zegt.

Het materiaal van het team die in deze eerste experimenten proof-of-concept heeft het gebruik van een biologische component maken - chloroplasten, het licht benutten componenten binnen plantencellen, die de onderzoekers verkregen uit spinazie bladeren. De chloroplasten leven niet maar katalyseren de omzetting van kooldioxide in glucose. Geïsoleerde chloroplasten zijn vrij onstabiel, wat betekent dat ze de neiging om te stoppen met functioneren na een paar uur bij het verwijderen van de plant. In hun paper, Strano en zijn collega's aan te tonen methoden om aanzienlijke verhoging van de katalytische levensduur van onttrokken chloroplasten. In de lopende en toekomstige werkzaamheden, de chloroplast wordt vervangen door katalysatoren die niet-biologische oorsprong zijn, Strano verklaart.

Het materiaal dat de onderzoekers gebruikten, een gelmatrix samengesteld uit een polymeer bereid uit aminopropyl methacrylamide (APMA) en glucose, het enzym glucoseoxidase, en de chloroplasten, sterker zoals koolstof bevat. Het is nog niet sterk genoeg is om te worden gebruikt als bouwmateriaal, hoewel het zou kunnen functioneren als het vullen van scheuren of bekledingsmateriaal, zeggen de onderzoekers.

Het team heeft uitgewerkt methoden om materialen van dit type te produceren door de ton, en richt zich nu op het optimaliseren van de eigenschappen van het materiaal. Commerciële toepassingen zoals zelfherstellende coatings en vullen van scheuren zijn realiseerbaar op korte termijn, ze zeggen, overwegende dat er nog vooruitgang in de backbone chemie en materiaalkunde nodig zijn voordat de bouw materialen en composieten kunnen worden ontwikkeld.

Een belangrijk voordeel van deze materialen is dat ze zouden zelfherstellend na blootstelling aan zonlicht of een binnenverlichting zijn, Strano zegt. Als het oppervlak is gekrast of gekraakt, het getroffen gebied groeit in de gaten op te vullen en de schade te herstellen, zonder dat enige externe optreden.

Hoewel er wijdverspreide poging om zelfherstellende materialen te ontwikkelen die dit vermogen van biologische organismen kan nabootsen is geweest, zeggen de onderzoekers, deze zijn alle vereiste actieve inbreng van buitenaf te functioneren. Verwarming, UV licht, mechanische spanning, of chemische behandeling nodig waren om het proces te activeren. Daarentegen, deze materialen moeten niets anders dan het omgevingslicht, en ze nemen massa van koolstof op in de atmosfeer, wat alomtegenwoordig is.

Het materiaal begint als een vloeistof, Kwak zegt, toe te voegen, "het is opwindend om het te zien als het begint te groeien en te clusteren" tot een solide vorm.

“Materiaalwetenschap heeft nog nooit zoiets geproduceerd,”Strano zegt. "Deze materialen bootsen sommige aspecten van iets levends na", ook al reproduceert het niet.” Omdat de bevinding een breed scala aan mogelijk vervolgonderzoek opent, de U.S. Department of Energy sponsort een nieuw programma onder leiding van Strano om het verder te ontwikkelen.

“Ons werk toont aan dat koolstofdioxide niet louter een last en een kostenpost hoeft te zijn,”Strano zegt. “Het is ook een kans in dit opzicht. Er is carbon overal. Wij bouwen de wereld met carbon. Mensen zijn koolstof. Het maken van een materiaal dat kan toegang krijgen tot de overvloedige koolstof overal om ons heen is een belangrijke kans voor materiaalkunde. Op deze manier, ons werk is over het maken van materialen die niet alleen klimaatneutraal, maar carbon negatief.”

Bron:

http://news.mit.edu, door David L. kaarsenmaker