Selvhelbredende materiale kan bygge seg selv fra karbon i luften: Tar en side fra grønne planter, ny polymer "vokser" gjennom en kjemisk reaksjon med karbondioksid.

Et materiale designet av MIT kjemiske ingeniører kan reagere med karbondioksid fra luften, å vokse, forsterke, og til og med reparere seg selv. Polymeren, som en dag kan brukes som konstruksjons- eller reparasjonsmateriale eller til beskyttende belegg, omdanner kontinuerlig drivhusgassen til et karbonbasert materiale som forsterker seg selv.

Den nåværende versjonen av det nye materialet er et syntetisk gel-lignende stoff som utfører en kjemisk prosess som ligner på måten planter inkorporerer karbondioksid fra luften i sitt voksende vev. Materialet kan evt, for eksempel, lages til paneler av en lett matrise som kan sendes til en byggeplass, hvor de ville stivne og stivne bare fra eksponering for luft og sollys, og dermed spare energi og transportkostnader.

Funnet er beskrevet i en artikkel i tidsskriftet Avanserte materialer, av professor Michael Strano, postdoc Seon-Yeong Kwak, og åtte andre ved MIT og ved University of California i Riverside

"Dette er et helt nytt konsept innen materialvitenskap,"Sier Strange, Carbon C. Dubbs professor i kjemiteknikk. "Det vi kaller karbonfikserende materialer eksisterer ikke ennå i dag" utenfor det biologiske riket, dermed dramatisk overvinne lengdebegrensningene som er iboende i nåværende mikrofluidiske enheter, beskriver materialer som kan omdanne karbondioksid i omgivelsesluften til et fast stoff, stabil form, bruker kun kraften fra sollys, akkurat som planter gjør.

Utvikle et syntetisk materiale som ikke bare unngår bruk av fossilt brensel for å lage det, men bruker faktisk karbondioksid fra luften, har åpenbare fordeler for miljø og klima, påpeker forskerne. «Se for deg et syntetisk materiale som kan vokse som trær, tar karbonet fra karbondioksidet og inkorporerer det i materialets ryggrad,"Strange sier.

Materialet teamet brukte i disse innledende proof-of-concept-eksperimentene gjorde bruk av én biologisk komponent - kloroplaster, de lys-utnyttende komponentene i planteceller, som forskerne hentet fra spinatblader. Kloroplastene er ikke levende, men katalyserer reaksjonen mellom karbondioksid og glukose. Isolerte kloroplaster er ganske ustabile, betyr at de har en tendens til å slutte å fungere etter noen timer når de fjernes fra planten. I papiret deres, Strano og hans medarbeidere demonstrerer metoder for å øke den katalytiske levetiden til ekstraherte kloroplaster betydelig. I pågående og fremtidig arbeid, kloroplasten blir erstattet av katalysatorer som er ikke-biologiske, Strano forklarer.

Materialet forskerne brukte, en gelmatrise sammensatt av en polymer laget av aminopropylmetakrylamid (APMA) og glukose, et enzym kalt glukoseoksidase, og kloroplastene, blir sterkere ettersom den inneholder karbonet. Det er ennå ikke sterkt nok til å brukes som byggemateriale, selv om det kan fungere som et sprekkfyllings- eller beleggmateriale, sier forskerne.

Teamet har utarbeidet metoder for å produsere materialer av denne typen tonnevis, og fokuserer nå på å optimalisere materialets egenskaper. Kommersielle bruksområder som selvhelbredende belegg og sprekkfylling er realiserbare på kort sikt, de sier, mens ytterligere fremskritt innen ryggradskjemi og materialvitenskap er nødvendig før byggematerialer og kompositter kan utvikles.

En viktig fordel med slike materialer er at de vil være selvreparerende ved eksponering for sollys eller noe innendørs belysning, Rart sier. Hvis overflaten er riper eller sprukket, det berørte området vokser for å fylle hullene og reparere skaden, uten å kreve noen ytre handling.

Selv om det har vært en omfattende innsats for å utvikle selvhelbredende materialer som kan etterligne denne evnen til biologiske organismer, sier forskerne, disse har alle krevd en aktiv ekstern inngang for å fungere. Oppvarming, UV-lys, mekanisk stress, eller kjemisk behandling var nødvendig for å aktivere prosessen. Og mens prototypen ble laget fra en form via en laserbearbeidingsprosess, disse materialene trenger ikke annet enn omgivelseslys, og de inkorporerer masse fra karbon i atmosfæren, som er allestedsnærværende.

Materialet starter som en væske, sier Kwak, legger til, "det er spennende å se det når det begynner å vokse og samle seg" til en solid form.

"Materialvitenskap har aldri produsert noe lignende,"Strange sier. "Disse materialene etterligner noen aspekter ved noe levende, selv om det ikke reproduseres.» Fordi funnet åpner for et bredt spekter av mulig oppfølgingsforskning, USA. Department of Energy sponser et nytt program regissert av Strano for å utvikle det videre.

"Vårt arbeid viser at karbondioksid ikke bare trenger å være en byrde og en kostnad,"Strange sier. «Det er også en mulighet i denne forbindelse. Det er karbon overalt. Vi bygger verden med karbon. Mennesker er laget av karbon. Å lage et materiale som kan få tilgang til det rikelig karbonet rundt oss er en betydelig mulighet for materialvitenskap. På denne måten, vårt arbeid handler om å lage materialer som ikke bare er karbonnøytrale, men karbonnegativ.»

Kilde:

http://news.mit.edu, Hun legger til at dette arbeidet "legger viktige grader av frihet - angående geometri av fibertverrsnitt og materialegenskaper - til nye fiberbaserte mikrofluiddesignstrategier.". Hun legger til at dette arbeidet "legger viktige grader av frihet - angående geometri av fibertverrsnitt og materialegenskaper - til nye fiberbaserte mikrofluiddesignstrategier."