ترمیم سازه‌ها به صورت خودکار

ساخت هواپیماها، خودروها و کشتی‌هایی که بدنه آنها و حتی سازه‌های به کار رفته در قسمت‌های مختلف آنها دچار خوردگی نمی‌شوند، چندان هم دور از ذهن نخواهند بود و این همه به لطف پوشش‌های رنگی و مواد پلیمری است که به صورت خودکار ترمیم می‌شوند. در یکی از این تازه‌ترین تلاش‌های صورت گرفته در این خصوص محققان انستیتو مهندسی و اتوماسیون فرانهوفر و دانشگاه دویسبورگ اسن آلمان موفق به تولید پوشش فلزی شده‌اند که می‌تواند خود را به صورت کاملا خودکار ترمیم کرده و به حالت اولیه بازگرداند. این ماده خودکار ترمیم شونده از قابلیت‌های بالایی برخوردار است که از آن جمله می‌توان به آبکاری آن اشاره کرد. این قابلیت مهم موجب می‌شود بتوان از این ماده در طیف وسیعی از کاربردها ازجمله صنایع خودروسازی و سایر صنایع مرتبطی استفاده کرد که به تولید سازه‌های فولادی مشغول بوده یا از آنها استفاده می‌کنند. این پوشش جدید تنها 15‌‌میکرومتر ضخامت دارد و شامل کپسول‌های پلیمری است که تنها چند صد نانومتر قطر دارند. زمانی که این پوشش به هر دلیلی دچار خراشیدگی می‌شود، کپسول‌های یاد شده منفجر شده و محتویات درون خود را منتشر می‌کنند. این محتویات در حقیقت نوعی پلیمر هستند که می‌توانند خراش ایجاد شده را پر کرده و به نوعی ترمیم کنند. از آن گذشته عملکرد این کپسول‌ها موجب می‌شود آثار بر جای مانده از خوردگی ناشی از مایعات تخریب‌کننده از بین برود. تا پیش از این محققان پوشش‌های نانوکپسولی القایی از فلزات یا آلیاژ‌هایی شامل مس، روی و نیکل تولید کرده بودند. به گفته هارالد هولژک، از محققان این پروژه از انستیتو مهندسی و اتوماسیون فرانهوفر آلمان، در اصل این امکان بالقوه وجود دارد تا این پوشش‌ها را از هر نوع فلزی که قابلیت آبکاری داشته باشند تولید کرد.

محققان مختلفی در سراسر جهان از این فناوری نوین استقبال کرده‌اند به طوری که مایکل کسلر، از محققان علوم و مهندسی مواد در دانشگاه دولتی آیوا در آمریکا می‌گوید:‌ هنوز ویژگی‌های دقیق این ماده جدید به اثبات نرسیده است، با این حال به جهت آن که این قابلیت را دارد تا آن را با کپسول‌های نانویی مملو از پلیمرهای مخصوص به کار برد، از اهمیت و ارزش خاصی برخوردار است. در عین حال این پوشش، نخستین پوشش خودکار ترمیم شونده‌ای است که قابلیت روکش شدن از طریق الکترولیز را دارد. این مزیت را باید به دقت مورد توجه قرار داد چون هم اکنون امکان به کارگیری آن در ابعاد گسترده صنعتی وجود دارد و از این رو می‌توان امیدوار بود تا پوشش جدیدی که محققان ارائه کرده‌اند بزودی وارد طیف گسترده‌ای از صنایع شده و تحولی بنیادین در این عرصه ایجاد کند.

یکی دیگر از مزایای این فناوری نوین این است که می‌توان درون این کپسول‌های نانویی را با توجه به طیف گسترده‌ای از اهداف، با مواد گوناگونی پر کرد. به عنوان مثال بلبرینگ‌ها ازجمله مصادیقی هستند که با استفاده از این فناوری نوین با دگرگونی قابل توجهی روبه‌رو خواهند شد. با بهره‌گیری از این فناوری نوین می‌توان کپسول‌های نانویی یاد شده را مملو از روغن‌های معدنی کرد که به صورت خودکار می‌توانند روغنکاری لازم را در محیط بلبرینگ انجام داده و از خوردگی‌های خطرناک در آنها جلوگیری کنند. نکته جالب دیگر این است که می‌توان این کپسول‌ها را با استفاده از مایعات رنگی یا روغن‌های معطر پر کرد و در ساخت قطعات فلزی به کار برد که در صورت آسیب دیدن تغییر رنگ می‌دهند یا رایحه خاصی منتشر می‌کنند، اما اینها تنها بخشی از قابلیت‌های این فناوری نوین به شمار می‌آیند. در این پروژه این امکان جالب توجه نیز فراهم شده است تا با استفاده از انواع مختلف و متفاوتی از کپسول‌های نانویی و لایه فلزی بخصوص، کلاس جدیدی از ساختارهای فلزی مقاوم را تولید کرد. به عنوان مثال با استفاده از این قابلیت اخیر این امکان فراهم می‌شود تا از کپسول‌های نانویی رنگی یا معطر در لایه‌های رویی برای ارسال پیام خوردگی یا خراشیدگی استفاده کرد و در عین حال از نوع دیگری از این کپسول‌ها که حاوی پلیمرهای مقاوم‌تری هستند برای ترمیم خوردگی‌ها و خراشیدگی‌های شدیدتر بهره گرفت.

اما دانشمندان عرصه گسترده‌ای را برای استفاده از این فناوری نوین متصور شده‌اند. آنها با اشاره به هزینه‌های بالایی که برای ترمیم وقتگیر بدنه فضاپیماها و هواپیماها صرف می‌شود، امید زیادی دارند تا از این پوشش جدید و سایر پوشش‌هایی از این دست برای ترمیم سریع و کاملا مطمئن آسیب‌های ایجاد شده در بدنه چنین سازه‌های حساسی استفاده کنند. به عقیده آنها از آنجا که ترمیم سازه‌ها با استفاده از این مواد جدید به صورت کاملا خودکار صورت می‌گیرد، از این پس درخصوص به تاخیر افتادن طولانی مدت ماموریت‌های فضایی و از مدار خارج شدن هواپیماها نگرانی چندانی وجود نخواهد داشت. همچنین خودروهایی که در بدنه آنها و سایر قسمت‌های مستعد خوردگی و آسیب‌دیدگی از این پوشش استفاده می‌شود، نه‌تنها طول عمر بیشتری خواهند داشت، بلکه هزینه ترمیم آسیب‌های وارد شده و ریختگی رنگ در آنها نیز به طرز قابل توجهی کاهش خواهد یافت. از سوی دیگر محققان استفاده از این فناوری را برای طیف گسترده‌تری از صنایع نظیر زیردریایی‌ها مدنظر گرفته‌اند که البته به دلیل شرایط خاص محیطی که این سازه‌ها در آن حرکت می‌کنند نیاز است تا تحقیقات بیشتری در این زمینه صورت گیرد که از آن جمله باید به تاثیر ترکیبات آب و فشار بسیار زیاد آن بر بدنه زیردریایی‌ها اشاره کرد.

گرچه این کاربردها، چشم‌انداز بسیار روشنی را برای آینده سازه‌هایی نظیر فضاپیماها ترسیم کرده است، اما برخی منتقدان نیز بر این باورند تا زمانی که ویژگی‌های دقیق شیمیایی این مواد بدرستی مشخص نشود، نمی‌توان با اطمینان خاطر کامل از آنها در ساخت فضاپیماها استفاده کرد.

مهدی پیرگزی