Zelfhelend materiaal kan gaten in ruimtevaartuigen dichten

Onderzoekers hebben een zelfhelend materiaal ontwikkeld dat binnen een seconde een gat dicht. Het materiaal bestaat uit een reactieve vloeistof die is gevat tussen twee lagen van een polymeer. De techniek is in eerste instantie ontwikkeld ter bescherming van het International Space Station.

Het systeem werkt doordat een vloeibaar polymeer in contact komt met zuurstof, iets wat voorradig is in het ISS. Het systeem werd getest door een kogel door een proefopstelling heen te schieten. De kogel vliegt met 1 kilometer per seconde door het materiaal, waarna het gat zich binnen een seconde heelt, wat het grote verschil met veel andere zelfhelende materialen is.

Dit is van belang in de ruimte. Het ISS draait met 27.600 kilometer per uur of 7,66km/s rondjes om de aarde. Een botsing met kleine stukjes ruimteafval kan makkelijk een gat opleveren. Ter vergelijking: een object van 7g slaat bij 7km/s een krater van 15cm in een blok aluminium. Het ISS beschermt zich tegen ruimteafval met speciale schilden, zoals 'whipple shields' en andere soorten. Ondanks de bestaande schilden is een extra laag bescherming nooit weg, aldus de onderzoekers. NASA financierde het onderzoek, maar een dergelijk systeem kan uiteraard ook zijn weg vinden naar meer alledaagse producten, zoals auto's.

Reacties (46)

[yobikap]

Hoe zit het met de punt waar het geheeld is, is het materiaal dan op dat punt even sterk als voordat er een kogel doorheen ging?

[djexplo]

Dit soort zelf helende metalen bestaan al enige jaren:1, 2.
De basis zijn micro-bolletjes met vloeistof die in het materiaal verwerkt zijn. Op het moment dat het materiaal beschadigde, breken de micro-bolletjes en komt vloeistof vrij.
Afhankelijk van het type b.v. 2 componenten lijm, is het punt van penetratie sterker of minder sterk dan daarvoor ..

[Reactie gewijzigd door djexplo op 26 juli 2024 01:00]

[bbob]

Wat men er vergeet bij te vermelden is dat het materiaal natuurlijk veel zwaarder wordt door dit soort toevoegingen.

De term zelfhelend is eigenlijk ook niet echt van toepassing, het komt er voor mij meer op neer dat bij schade er een verband op komt. Onder het verband is er nog steeds schade die niet weggenomen is met de microbolletjes.

[Marrtijn]

Tja, helaas zijn wij nog altijd afhankelijk van de wet van massabehoud en kunnen we niet een nieuw muurtje maken uit het niets.

[Reactie gewijzigd door Marrtijn op 26 juli 2024 01:00]

[EJlol]

Ik verwacht het niet. Is in de ruimte ook niet het meest belangrijke. Het belangrijkste is dat de luchtdruk in de cabine blijft. Het daadwerkelijk repareren kan dan op een later moment gebeuren.

[Happy Meal]

Realiseer je wel dat het ter plekke praktisch vacuum is, d.w.z. dat het materiaal behoorlijk sterk moet zijn òf het gaatje moet klein zijn!

[SteroiD]

Hangt van heel wat zaken af, maar hoogst waarschijnlijk niet:
- het polymeer dat gebruikt wordt voor het dichten, thiol–ene–trialkylborane, zal hoogst waarschijnlijk niet hetzelfde zijn als het polymeer van de buitenpanelen. Geen idee wat de sterkte is van de gebruikte polymeren, maar die kunnen best wel in dezelfde grootorde liggen.
- Je hebt steeds "zwakke punten" waar de overgang van het ene polymeer naar het andere zich afspeelt, aangezien je hier adhesie ipv cohesie als bindkracht hebt.

Al bij al toch een leuke ontwikkeling in de zoektocht naar "zelfhelende" materialen.

[Jorgen]

Wat als na een botsing met een hoop ruimtegruis de vloeistof op veel plaatsen tegelijk zijn werk moet doen? Vloeistof op? -> Gat wordt niet meer gerepareerd...?

[M.l.]

Wat ik nou niet kan zien of er een drukverschil is tussen de twee zijden van het materiaal. Het gaatje moet natuurlijk wel snel gedicht terwijl er lucht door wil ontsnappen.


edit: Even wat toelichting bij mijn vraag.

Het nut hiervan lijkt me eerder dat het lucht binnen moet houden dan als schild te werken. Een schild met een gaatje is nog steeds een schild (hoe groot is nou de kans dat het volgende object precies door het gaatje vliegt), dus het dichten van een schild is niet zo zinvol en in een schild horen eigenlijk ook geen gaatjes te komen. Daarom neem ik dus aan dat het is bedoeld om lucht binnen te houden, er kan dus wel een gaatje in komen maar dat moet zichzelf dus repareren. Het is ook gelijk de belangrijkste reden om een gaatje te fixen in een space-station, je wil ten alle tijde de cabines op druk houden en gewoon maar leeg laten lopen is geen optie.

Ergens in zo'n space station is er een wand met een drukverschil tussen de zijden, buiten is het nagenoeg vacuum, maar binnen is er lucht. Een gaatje in zo'n wand zal lucht hard naar buiten laten blazen maar moet toch snel worden gefixt.

Het lijkt me dus dat dit nieuwe materiaal is bedoeld als wand om de lucht binnen te houden, in vacuum werkt het immers niet (geen zuurstof) en met lucht aan beide kanten lijkt het me vrij zinloos (dan fix je alleen maar een gaatje waardoor lucht niet een andere ruimte in kan).

[Reactie gewijzigd door M.l. op 26 juli 2024 01:00]

[Verwijderd]

Houdt er rekening mee dat de ruimte geen luchtdruk kent, het materiaal zal er dus meteen uitspuiten omdat de druk van binnenuit groter zal zijn dan die van buiten. Ik weet het niet hoor....of dit werkt ?!

[Verwijderd]

Ja en nee, het effect is klein, maar zeker wel aanwezig.

https://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum

Outer space has very low density and pressure, and is the closest physical approximation of a perfect vacuum. But no vacuum is truly perfect, not even in interstellar space, where there are still a few hydrogen atoms per cubic meter

Wat de text beschrijft is dus dat er eigenlijk wel luchtdruk is (pressure) maar zo laag dat we het een vacuum noemen, neemt niet weg dat het werkt zoals luchtdruk op minder magische plekken.

https://en.wikipedia.org/wiki/ISS_ECLSS

Several systems are currently used on board the ISS to maintain the spacecraft's atmosphere, which is similar to the Earth's. Normal air pressure on the ISS is 101.3 kPa (14.7 psi); the same as at sea level on Earth.

En de meest relevante:
http://www.quora.com/What-would-happen-to-the-crew-of-the-ISS-if-a-bullet-hole-sized-rupture-occurred-while-they-are-freely-floating-around-in-it-unprotected
Komt er dus op neer dat er opzich niets mis hoeft te gaan stel dat er een gaatje in het ISS komt, maar daar staat wel tegenover dat ze dan wel binnen een paar uur er iets aan moeten doen, anders gaat het wel echt achteruit met de leefomstandigheden (een uurtje schijnt wel zonder problemen te kunnen)

[Cryothic]

Misschien is het de bedoeling dat er aan de buitenkant een soort van kap op de beschadiging geplaatst wordt om de luchtdruk aan beide kanten gelijk te trekken? Net zoals ze in die Carglass reclames doen?

[Verwijderd]

Dus ze moeten even naar buiten om een kap te plaatsen? In de ruimte.....

[Cryothic]

Jij dacht dat die astronauten nooit ruimtewandelingen maaktte?

[ProfPi]

Wegens het drukverschil tussen ruimte en het station moeten ze precies de juiste viscositeit en reactiesnelheid instellen. Een te snelle reactie, en het goedje hardt uit voordat het lek gedicht is. Een te langzame reactie en het goedje is naar buiten geblazen voordat het kan reageren.

Op aarde is het mogelijk een makkelijker toepassing te vinden. Het kan eventueel ook in vliegtuigen worden ingezet ofschoon de kosten/baten en ook de gewichtstoename misschien een hindernis zijn.

[svennd]

In de lucht zijn er gelukkig niet veel kleine afvalstukjes die een vliegtuig kunnen raken. Ik weet niet of microscheurtjes opgelost kunnen worden door dit. Ook is er een drukverschil in een vliegtuig en buiten het vliegtuig

[hooibergje]

Anderdaad, als er aan de ene kant 1 bar, zit aan de andere kant vacuum, wordt al die instromende vloeitstof misschien de ruimte in geblazen voordat het tijd heeft om te stollen.

[DieBegging]

De titels is " Zelf helend materiaal kan gaten in ruimtevaartuigen dichten" dus je mag er vanuit gaan dat het dan ook werkend wordt gemaakt

[Reactie gewijzigd door DieBegging op 26 juli 2024 01:00]

[haarbal]

Het ISS heeft meerdere lagen. De buitenste laag is alleen een schild.

[dwarfangel]

Een schild met een gaatje is nog steeds een schild (hoe groot is nou de kans dat het volgende object precies door het gaatje vliegt), dus het dichten van een schild is niet zo zinvol en in een schild horen eigenlijk ook geen gaatjes te komen. Daarom neem ik dus aan dat het is bedoeld om lucht binnen te houden

Dat zie ik anders, namelijk omdat een schild niet alleen een object moet tegenhouden, maar er bestaan verschillende lagen, waarbij een belangrijke functie ook kan zijn om 'snelheid' af te remmen. Een object wat door een schild heen breekt geeft veel minder schade dan wanneer het direct op het object inslaat.
Om nu te voorkomen, dat bij elke ronde om de aarde, waarbij je weer dezelfde troep tegenkomt weer een nieuw schild moet bouwen, kan het interessant om deze techniek te gebruiken.
Wanneer een schild doorboord zou worden met heel veel kleine schade ter formaat van een kogel, dan verliest deze ook kracht tegenover de grotere objecten.

De logica erachter vind ik dus niet zo gek. Wel ben ik net als velen hier, wel benieuwd hoe deze vloeistof zich gedraagt in de ruimte. Vooralsnog vind ik de titel van het stuk een beetje misleidend. Eerst zien, dan geloven

[torp]

In de ruimte kan er in 1 seconde flink wat zuurstof wegstromen, en ik ben benieuwd of het herstel daardoor niet wordt verstoord (ik zie dat M.I. dat bovenaan ook al noemde).

Vluchtende misdadigers hebben hier weinig aan. Als ze een autoband kapot rijden op een spijkertapijt wordt de band mogelijk hersteld, maar hij is dan wel leeg.

[Reactie gewijzigd door torp op 26 juli 2024 01:00]

[EJlol]

Je bedoelt zoiets: https://nl.wikipedia.org/wiki/Run-flat_tire

[ProfPi]

Uit het bovenvermelde gat met diameter 15 cm stroomt inderdaad een flinke hoeveelheid. Volgens Bernoulli, viscositeit niet meegerekend, ongeveer 7000 liter per seconde.

Maar het lijkt me dat dit materiaal een gat van 15 cm ook niet dicht gaat krijgen, en dat het eerder geschikt is voor kleinere gaatjes, ordegrootte 1 cm. Bij 1 cm stroomt er nog maar 30 liter per seconde uit.

[svennd]

*lucht (pure zuurstof lijkt me niet wenselijk, brandgevaar)
~1 bar door een gaatje van een paar millimeter zal heus niet zo'n druk genereren. Veronderstellend dat het gaatje klein is.

[hamsteg]

Zelf helend? Sorry hoor maar dit kan ik niet zelfhelend noemen. Gewoon twee plaatjes met een tien-seconden-lijm er tussen in extrema. Zelf helend zie ik toch dat het basismateriaal, net zo als de menselijke huid, uiteindelijke weer de oorspronkelijke vorm heeft met het basismateriaal en niet met een snellijm/polymeer.

[watercoolertje]

Ja dat is net hoe je het voor jezelf definieert. Ergens ben ik het wel weer met je eens, maar ik kan het me ook indenken dat het automatisch dichten van een gat eigenlijk ook wel zelf helend te noemen valt.

Je weet vast ook wel dat als je een wond hebt wat er als eerste gebeurd? Er komt snellijm (bloed) om het gat te dichten (met een korst) Daarna komt pas die nieuwe huid waar jij het over hebt, en met een beetje pech is het niet meer in de originele staat omdat je een litteken hebt...

[Reactie gewijzigd door watercoolertje op 26 juli 2024 01:00]

[hamsteg]

Hoe ik het definieer is niet van belang, het woordenboek:

he·len (heelde, heeft, is geheeld)
1 genezen, heel maken
2 heel worden: de wond heelt goed

Een polymeer dat een gat vult is niet hetzelfde als heel maken. De huid doet dat wel. Bloed (de witte bloedlichaampjes) zorgt er eerst voor dat de schade beperkt blijft (net zo als de polymeer) waarna het lichaam het herstel proces in gang zet en de korst vervangt voor origineel materiaal. De polymeer wordt niet vervangen en blijft, een eeuwig lapmiddel dus.

[watercoolertje]

Dus als de 2 buitenlagen van datzelfde polymeer zijn gemaakt (als het vloeibare ertussen) is het goed en ineens wel zelf helend

Ik ben het dus nog steeds niet met je eens, ook al snap ik je (imho veel te letterlijke) definitie van het woord wel. Maar volgens jouw zou een wond die een litteken achterlaat ook niet genezen zijn, immers is het niet hetzelfde als het orgineel...

[Reactie gewijzigd door watercoolertje op 26 juli 2024 01:00]

[Blue_Entharion]

Het is niet logisch dat dit in de ruimtevaart gebruikt gaat worden aangezien de vloeistof met zuurstof moet reageren om te werken, en de ruimte is een vacuum zonder zuurstof.

Dus als de buitenste laag beschadigd raakt loopt alle vloeistof eruit en de volgende inslag kan er doorheen zonder dat het gat gedicht word...

Daarnaast is vloeistof met zijn dichte massa waarschijnlijk relatief zwaar en dus onwenselijk om mee te nemen met een raket, die dan weer extra brandstof moet hebben om te compenseren voor het gewicht.

[thedicemaster]

wanneer het gat door en door is wordt er lucht naar buiten gezogen, en dit gaat dan langs de "lijm".
de lijm, nu "geactiveerd" door de naar buiten stromende lucht, wordt zelf door het gat gezogen tijdens het opdrogen.
doordat de lijm steeds harder wordt blijft deze in de opening hangen, lang genoeg om een solide "stop" te vormen.

[Blue_Entharion]

Dat is de theorie, maar wat als alleen de buitenste laag stukgaat?

[Chetherebel]

Ik denk dat dit uiteindelijk ook interessant kan zijn voor militaire doeleinden.
Als dit gecombineerd kan worden met bepantsering denk ik dat er veel mee gedaan kan worden op dat gebied.

Nogmaals, als het te combineren of te mixen is met bepantsering.

[Verwijderd]

Bij pantsering is het de bedoeling om het projectiel buiten te houden, als het binnendringt heb je er weinig aan om het gat weer dicht te maken want de kans dat je twee keer op precies dezelfde plaats getroffen word is klein. Daarnaast is een doorboring tegenwoordig voldoende om de schade aan te richten.

Ik zie dus geen enkele kans dat dit pantser zal verbeteren.

[Boost9898]

Hmm, maar als het door dat materiaal gaat en zichzelf heelt is het wel dicht. Maar je hebt nog geen bescherming dan. Vast dat zij daar wel beter over zullen nadenken. Mooie techniek in ieder geval.

[enchion]

BBC Horizon - The Trouble with Space Junk

https://www.youtube.com/watch?v=D0cMnxKbzbk

Legt goed uit hoe groot het probleem aan het worden is.

[quarkstar]

Graag zoiets in m'n fietsband.

[ProfPi]

Zoiets bestaat al lang:

http://www.notubes.com/Sealant-C14.aspx

[PT-Scribble]

helemaal met quarkstar eens!

niet specifiek een fietsband maar de implementering van dit materiaal in alledaagse gebruiksvoorwerpen.

[Phyxion]

Je hebt allang fietsbanden die nagenoeg anti-lek zijn. Op mijn fiets zitten er twee van die banden en die gaan al jaren mee zonder lekken en andere ongein

[macnerd]

Nog een ander vulmiddel dat automatisch repareert: http://www.ride-on.com/bike-on-bicycle-formula.html

Zelf heb ik van Vredestein fietsbanden met een laagje kevlar erin... nog nooit lekgereden.

[SampleUser]

https://www.youtube.com/watch?v=Bt9zSfinwFA
dat is het eerste waar ik aan moest denken bij de thumbnail