Zelfhelende materialen
Laatst bijgewerkt: 05-05-2025
Definitie
Materialen die de ingebouwde eigenschap hebben om (geringe) beschadigingen, zoals scheuren of krassen, automatisch te herstellen zonder menselijke tussenkomst.
Omschrijving
Zelfhelende materialen bezitten het vermogen om beschadigingen in hun structuur zelfstandig te repareren. Dit kan gebeuren door middel van verschillende mechanismen, zoals het vrijkomen van ingekapselde reparatiestoffen, chemische reacties, of de activiteit van micro-organismen zoals bacteriën die stoffen produceren die scheuren dichten. Het concept van zelfhelende materialen, hoewel de wetenschap erachter tegenwoordig geavanceerder is, vindt zijn oorsprong in de oudheid, zoals te zien is bij de duurzaamheid van Romeinse constructies gemaakt met een specifiek mengsel dat zelfherstellende eigenschappen bezat. De ontwikkeling van deze materialen is een technologische innovatie met als doel de levensduur van constructies en producten te verlengen en onderhoudskosten te verlagen.
Toepassingen
Zelfhelende materialen worden onderzocht en toegepast in diverse sectoren, waaronder de bouw, automotive, lucht- en ruimtevaart en elektronica. In de bouw worden ze met name ingezet bij betonconstructies om scheurvorming tegen te gaan en de levensduur te verlengen, zoals in bruggen, tunnels, waterkeringen, en rioleringssystemen. Ze zijn ook waardevol op moeilijk bereikbare plaatsen waar reparaties kostbaar en lastig zijn. Naast beton wordt onderzoek gedaan naar zelfherstellend vermogen in onder andere asfalt, coatings, kunststoffen, keramieken en metalen.
Werkingsmechanismen
Er zijn verschillende manieren waarop materialen zichzelf kunnen herstellen. Bij beton kan dit van nature gebeuren (autogeen herstel) door de hydratatie van niet-gereageerd cement bij contact met water, wat leidt tot de vorming van calciumcarbonaat dat scheuren opvult. Actief zelfherstellend beton bevat toegevoegde middelen. Een veelbelovende methode is het gebruik van bacteriën die, geactiveerd door water en zuurstof in scheuren, kalksteen produceren om de scheuren te dichten. Een andere methode maakt gebruik van ingekapselde reparatiemiddelen, zoals polymeren of vloeistoffen, die vrijkomen wanneer een scheur de capsules doorbreekt en vervolgens de scheur vullen en uitharden. Ook superabsorberende polymeren (SAP) kunnen worden toegevoegd; deze zwellen op bij watercontact en dichten scheuren gedeeltelijk af.
Gebruikte bronnen: