Självhälsande beläggning betyder slutet på sprungade telefoner, säger forskare

Tänk dig en mobiltelefon som kan läka av skärningar och repor precis som människokroppen. För kinesisk forskare Ming Yang och hans team vid Harbin Institute of Technology är det inte en fråga att föreställa sig längre: De har utvecklat en ny typ av smart beläggning som lyckas vara både mjuk och hårt, inte till skillnad från vår egen hud.

"Vi konstruerade en självhärdande beläggning med en hårdhet som till och med närmar sig tandemaljen genom att efterlikna strukturen av epidermier", berättar Yang Omvänd. "Det här är den mest önskvärda egenskapskombinationen i dagens självhärdande material och beläggningar."

Som beskrivs i ett papper publicerat onsdag i ACS Nano, det här nya materialet ligger långt ifrån den första smarta beläggningen, med tidigare forskning på både mjuk och hård beläggning. Yang säger att det finns ett allvarligt globalt behov av bättre självhärdande material.

"Idag pratar människor alltid om miljö och energi", säger han. "Ett självhälsande material kan hjälpa till att spara mycket pengar och energi med ett smart, miljövänligt sätt. Men dagens självhärdande material och beläggningar är vanligtvis mjuka och slitage ut snabbt. Detta kan ge potentiella problem om hanteringen av plastavfall."

Det nya materialet kan lösa de avfallsproblemen när det kommer närmare än någon föregångare för att kombinera flexibiliteten hos en mjuk beläggning och motståndskraften hos en hård beläggning, utan den tidigare livets korta livslängd eller brittleness. Detta kan vara det bästa av båda världarna.

"Tricket är att använda konstgjorda material på naturens sätt", säger Yang. "Flerskiktsstrukturen är nyckeln. Genom att placera ett hårt lager innehållande grafenoxid ovanpå ett mjukt lager skapar vi en smart hybridisering som du kan få ut så mycket som möjligt."

Det grafenoxidmaterial som används i beläggningens toppskikt är hårdare än hudceller, vilket ger en seghet närmare den hos tandemaljen. Det fantastiska, enligt Yang, är att beläggningens hårda och mjuka lager kan arbeta tillsammans för att skapa helande egenskaper som inte heller kan uppnå på egen hand.

"Det är spännande att se att vi kan integrera krävande egenskaper i två naturliga strukturer, nämligen självhärdande egenskaper i hud och mekanisk styvhet och hårdhet i tandemalj, till en artificiell smart beläggning", säger Yang. "Och den här designprincipen är sannolikt användbar för alla självhärdande polymersystem."

Resultatet är en potentiellt mycket långvarig smart beläggning som kan skydda allt från telefoner till byggnader från repor, medan dess bakteriedödande egenskaper betyder att det också kan vara användbart i biomedicinska enheter.

Nu är det bara en fråga om att göra ett labbtillverkning till något som faktiskt kan nå marknaden. Det finns några praktiska problem som måste lösas först för att det ska hända.

"Den nuvarande forskningen använder molekylär montering för att uppnå den önskvärda strukturen", säger Yang. "I framtiden behöver vi ett effektivare sätt att påskynda produktionslinjen. Spray-assisterad beläggning kan vara ett bra val. Vi försöker även tillämpa liknande designprinciper på andra självhärdande polymerer, särskilt de som redan är kommersiellt tillgängliga."

Yang säger dock att han är optimistisk att den här smarta beläggningen skulle kunna ge ut i tiden med självhälsande, repfasta smartphones i den relativt nära framtiden.

"Jag är positiv att en prototypprodukt baserad på vår design kan vara tillgänglig om ett till två år", säger Yang. "Det är dock fortfarande en lång väg att gå innan en mogen produkt kan utvecklas, vilket kommer att kräva många kundernas återkopplingar och investerarnas och potentiella partners deltagande. Jag kommer inte bli förvånad om det skulle ta fem år eller mer."