نانوکامپوزیت‌های پلیمری خودترمیم‌

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

گروه نانومواد، دانشکده نانوفناوری، پردیس علوم و فناوری نوین، دانشگاه سمنان

چکیده

مواد خودترمیم با قابلیت ترمیم و تعمیر تخریب‌ها و آسیب‌های ایجادشده از راه سازوکارهای عمدتا الهام‌گرفته از طبیعت، می‌توانند با ضریب اطمینان زیاد در شرایط کاربردی استفاده شوند. رویکردهای ایجاد پدیده خودترمیمی در مواد، شامل ترمیم بدون دخالت یا با دخالت محرک خارجی است که به‌ترتیب ترمیم خودزا یا طبیعی و ترمیم خودفرمان یا مصنوعی نامیده می‌شوند. از مهم‌ترین سازوکارهای خودترمیمی در کامپوزیت‌های با ماتریس پلیمری می‌توان به رهایش عامل ترمیم، اتصالات عرضی برگشت‌پذیر، الکتروهیدرودینامیک، رسانندگی، اثر حافظه شکلی، مهاجرت نانوذرات و هم‌رسوبی اشاره کرد. با توجه به نوظهوربودن تهیه و به‌کارگیری مواد خودترمیم، به‌کارگیری نانوذرات در کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری می‌تواند فرصت مغتنمی را با هدف ایجاد قابلیت خودترمیمی و بهبود خواص ایجاد کند. در مقاله حاضر، مطالعات و مدل‌سازی‌های نظری انجام‌گرفته در راستای درک کامل رفتار نانوکامپوزیت‌های خودترمیم ارزیابی می‌شود. سپس، انواع کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری مانند هیدروژل‌ها و کامپوزیت‌های دارای نانومواد کربنی به‌عنوان مهم‌ترین نانوکامپوزیت‌های با قابلیت خودترمیمی معرفی و مطالعات انجام‌یافته در این راستا بررسی می‌شود. از مهم‌ترین نانوذرات استفاده‌شده در کامپوزیت‌‌های پلیمری خودترمیم می‌توان به نانولوله‌های کربنی، گرافن اکسید، خاک رس اصلاح‌شده، نانولوله‌های هالوسیت، طلا و نقره اشاره کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Self-Healing Polymer Nanocomposites

نویسندگان [English]

  • Hassan Abdoos
  • Ahmad Seyyedi
Nanotechnology Department, Faculty of New Science and Technology, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Self-healing materials with repair or healing ability of damages can be used with high reliability under service conditions. Approaches to the creation of a self-healing phenomenon in materials include: healing without or with internal or external interferences, which are referred to autogenic and autonomic repair, respectively. The most important self-healing mechanisms in polymer based composites are: the release of healing agent, reversible cross-links, electrohydrodynamics, conductivity, shape memory effect, nanoparticle migration and co-deposition. Since the production and use of self-healing materials is in its early stage, the use of nanoparticles in polymer-based composites can provide a great opportunity to create self-healing capabilities and improve properties. In this paper, the results of theoretical studies and models are considered in order to fully understand the self-healing behavior of nanocomposites and then various polymer- based composites such as hydrogels (containing nanoclay, gold nanoparticles, carbon nanomaterials) and composites (containing carbon nanomaterials and other nanoparticles) are introduced and investigated as the most important nanocomposites with self-healing capabilities. The most widely used nanoparticles in self-healing polymers include carbon nanotubes, graphene oxide, organoclay, halloysite nanotubes, gold and silver.

کلیدواژه‌ها [English]

  • self-healing material
  • autogenic repair
  • autonomic repair
  • polymer-based nanocomposite
  • mechanism

مراجع

1.Abdoos H. and Amirjan M., Self-healing: Fundamentals, Design Strategies, and Applications (Persian, Translated from English), Semnan University, Semnan, 2017.
2. Billiet S., Hillewaere X.K.D., Teixeira R.F.A., and Du Prez F.E., Chemistry of Crosslinking Processes for Self-Healing Polymers, Macromol. Rapid Commun., 34, 290–309, 2013.
3. Bekas D.G., Tsirka K., Baltzis D., and Paipetis A.S., Self-healing Materials: A Review of Advances in Materials, Evaluation, Characterization and Monitoring Techniques, Composites Part B, 87, 92-119, 2016.
4.Wei Z., Yang J.H., Zhou J., Xu F., Zrínyi M., Dussault P.H., Osada Y., and Chen Y.M., Self-healing Gels Based on Constitutional Dynamic Chemistry and Their Potential Applications, Chem. Soc. Rev., 43, 8114–8131, 2014.
5. Koetteritzsch J., Schubert U.S., and Hager M.D., Triggered and Self-healing Systems Using Nanostructured Materials, Nanotechnol. Rev., 2, 699–723, 2013.
6.Mphahlele K., Ray S.S., and Kolesnikov A., Self-healing Polymeric Composite Material Design, Failure Analysis and Future Outlook: A review, Polymer, 9, 535-557, 2017.
7.Balazs A.C., Emrick T., and Russell T.P., Nanoparticle Polymer Composites: Where Two Small Worlds Meet, Science, 314, 1107–1110, 2006.
8.Liu X., Sheng X., Lee J.K., and Kessler M.R., Synthesis and Characterization of Melamine-urea-formaldehyde MicrocapsulesContaining ENB-based Self-healing Agents, Macromol. Mater. Eng., 294, 389–395, 2009.
9.Trask R.S., Williams G.J., and Bond I.P., Bioinspired Self-healing of Advanced Composite Structures Using Hollow Glass Fibers, J.R. Soc. Interface, 4, 363-371, 2007.
10. Das R., Melchior C., and Karumbaiah K.M., Self-healing composites for aerospace applications, in Advanced Composite
Materials for Aerospace Engineering, Woodhead, 333-364, 2016.
11.Arunbabu D., Noh S.M., Nam J.H., and Oh J.K., Thermoreversible Self-healing Networks Based on a Tunable Polymethacrylate Crossslinker Having Pendant Maleimide Groups, Macromol. Chem. Phys., 217, 2191-2198, 2016.
12.Plaisted T.A., Amirkhizi A.V., Arbelaez D., Nemat-Nasser S.C., and Nemat-Nasser S., Self-healing Structural Composites with Electromagnetic Functionality, International Committee on Composite Materials (14th ICCM Conference), San Diego, CA, 372-382, 1-2 October, 2003.
13.Shchukin D.G. and Mohwald H., Self-repairing Coatings Containing Active Nanoreservoirs, Small, 3, 926-943, 2007.
14.lee J.Y., Buxton G.A., and Balazs A.C., Using Nanoparticles to Create Self-healing Composites, J. Chem. Phys., 121, 5531–5540, 2004.
15.Balazs A.C., Modeling Self-healing Materials, Mater. Today, 10, 18–23, 2007.
16. Xu G.K., Lu W., Feng X.Q., and Yu S.W., Self-assembly of Organic–Inorganic Nanocomposite with Nacre-like HierarchicalStructures, Soft Matter, 7, 4828–4832, 2011.
17.Haraguchi K., Uyama K., and Tanimoto H., Self-healing in Nanocomposite Hydrogels, Macromol. J., 32, 1253–1258, 2011.
18.Martin J.E., Patil A.J., Butler M.F., and Mann S., Guest-Molecule-Directed Assembly of Mesostructured Nanocomposite Polymer/Organoclay Hydrogels, Adv. Funct. Mater., 21, 674–681, 2011.
19.Okamoto T., Patil A.J., Nissinen T., and Mann S., Self-Assembly of Colloidal Nanocomposite Hydrogels Using 1D Cellulose Nanocrystals and 2D Exfoliated Organoclay Layers, Gels, 3, 11-19, 2017.
20. Park C.W., South A.B., Hu X., Verdes C., Kim J.D., and Lyon L.A., Gold Nanoparticles Reinforce Self-healing Microgel Multilayers, Colloid Polym. Sci., 289, 583–590, 2011.
21.Liu J., Song G., He C., and Wang H., Self-healing in Tough Graphene Oxide Composite Hydrogels, Macromol. Rapid Commun., 34, 1002–1007, 2013.
22.Li W., Liu M., Chen H., Xu J., Gao Y., and Li H., Phenylboronate- diol Crosslinked Polymer/SWCNT Hybrid Gels with Reversible Sol-gel Transition, Polym. Adv. Technol., 25, 233–239, 2014.
23.Rehman H.U., Chen Y., Guo Y., Du Q., Zhou J., Guo Y., and Liu H., Stretchable, Strong and Self-healing Hydrogel by Oxidized CNT-polymer Composite, Composites Part A, 90, 250-260, 2016.
24.Xiao X., Xie T., and Cheng Y.T., Self-healable Graphene Polymer Composites, J. Mater. Chem., 20, 3508–3514, 2010.
25.Wang C., Liu N., Allen R., Tok J.B.H., Wu Y., Zhang F., Chen Y., and Bao Z., A Rapid and Efficient Self-healing Thermo-reversible Elastomer Crosslinked with Graphene Oxide, Adv. Mater., 25, 5785-5790, 2013.
26.Li G. and John M.A., Self-healing Smart Syntactic Foam under Multiple Impacts, Compos. Sci. Technol., 68, 3337–3343, 2008.
27. Sinha R.S., Pelot D.D., Zhou Z.P., Rahman A., Wu X.F., and Yarin A.L., Encapsulation of Self-healing Materials by Coelectrospinning, Emulsion Electrospinning, Solution Blowing and Intercalation, J. Mater. Chem., 22, 9138–9146, 2012.
28.Diniz M.J.D., Cysne B.A.P., Costa M.C.B., and De M.G.N., Encapsulation of Solvent into Halloysite Nanotubes to Promote Self-healing Ability in Polymers, Adv. Compos. Mater., 23, 507–519, 2014.
29. Vimalanandan A., Lv L.P., Tran T.H., Landfester K., Crespy D., and Rohwerder M., Redox-responsive Self-healing for Corrosion Protection, Adv. Mater., 25, 6980–6984, 2013.
30.Girard J., Brunetto P.S., Braissant O., Rajacic Z., Khanna N., Landmann R., Daniels A.U., and Fromm K.M., Development of a Polystyrene Sulfonate/Silver Nanocomposite with Self-healing Properties for Biomaterial Applications, C.R. Chim., 16, 550–556, 2013.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار