Kujumälu korrosioonikindlad polümeersed materjalid, 3. osa

4.4. Dünaamilised kovalentsed sidemed.

Lühidalt öeldes on dünaamilised kovalentsed sidemed klassikalised kovalentsed sidemed, mis moodustavad traditsioonilisi polümeere, kuid millel on täiendav võime olla tasakaalutingimustes pöörduv, nagu mittekovalentsed sidemed, kus sidemete ümberkujunemine toimub sekundite või minutite jooksul [30].

Hiljutised uuringud näitavad, et dünaamilistel kovalentsetel sidemetel võib olla seos mäluga. Dünaamilised kovalentsed sidemed on keemilised sidemed, mis võimaldavad molekulidel muutuda ja üksteisega kohaneda. Sellised sidemed tekivad ja katkevad väga kiiresti, mis võimaldab molekulidel üksteise külge adsorbeeruda, nagu polekski keemilisi sidemeid, millel võib olla tohutu mõju materjalidele ja bioloogilistele protsessidele.

Kaasaegse teaduse ja tehnoloogia areng võimaldab vaadelda peamiste haiguste ja inimeste käitumise uurimist erinevatest vaatenurkadest. Paljud teadlased keskenduvad dünaamiliste kovalentsete sidemete rollile ajus. Nad leidsid, et ajus on neuronite vahel väga dünaamilised kovalentsed sidemed ja need sidemed aitavad neuronitel infot kiiremini edastada. Sellest lähtuvalt võib dünaamilisi kovalentseid sidemeid pidada olulisteks mängijateks inimese mälus ja õppimises.

Kui laiendada seda mõistet kogu inimajule, näeme, et dünaamilised kovalentsed sidemed mängivad inimese intelligentsuses ja tunnetuses väga olulist rolli. Paljud faktid näitavad, et dünaamiliste kovalentsete sidemete funktsiooni ja mälu vahel on seos. Meil olevate mälestuste arv ja kvaliteet määrab teabe tüübi ja hulga, mida saame õppida ja mõista.

Seetõttu peaksid inimesed rohkem rõhku panema dünaamiliste kovalentsete sidemete tähtsusele ja tegema rohkem teadusuuringuid. Samal ajal peaksime rohkem tähelepanu pöörama oma tervisele ja õppimiskäitumisele, et parandada oma õppimis- ja mäluvõimet. Peaksime muutma dünaamilised kovalentsed sidemed üheks võtmeelemendiks, mida inimesed hindavad ja millel on oluline roll kognitiivsetes funktsioonides ja inimaju teadusuuringutes. On näha, et meil on vaja mälu parandada ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola suudab reguleerida ka neurotransmitterite tasakaalu, näiteks tõsta atsetüülkoliini ja kasvufaktorite taset. Need ained on mälu ja õppimise jaoks väga olulised. Lisaks võib Cistanche deserticola parandada ka verevoolu ja soodustada hapniku kohaletoimetamist, mis tagab aju piisava toitainete ja energia kättesaamise, parandades seeläbi aju elujõudu ja vastupidavust.

Mälu parandamiseks klõpsake teadmise lisandeid

Nendest dünaamilistest kovalentsetest sidemetest moodustuvatel võrkudel on termoreaktiivsete polümeeride eelised ja need toimivad teatud tingimustel termoreaktiivsete polümeeridena, kuid neil on termoplastide tuntud töödeldavus.

Peamine puudus, mis võib ilmneda, on see, et dünaamilised kovalentsed sidemed võivad ohverdada materjali roomamiskindlust, kuna need võivad aktiveeruda, kui seda pole vaja, ja seetõttu põhjustada materjali sees roomamist; seda saab kontrollida termiliste faasisiirdetemperatuuride abil, et lukustada polümeeri, kuni piisav energia saab lukust lahti ja käivitada kujumälu või iseparanevad efektid [28].4.4.1. Siloksaan-polü(metüülmetakrülaat).

Siloksaanpolü(-metüülmetakrülaadil), tuntud ka kui siloksaan-PMMA, on suurepärased korrosioonikindlad ja kleepuvad omadused, mis on keskkonnamõjude vähendamiseks väiksemad kui katted, nagu kromaadipõhised katted.

Neid ränidioksiid-PMMA kilesid ei täheldata mitte ainult nende madalas valmistamistemperatuuris, odavates töötlemiskuludes ja suutlikkuses jääda homogeenseks suurel pinnal kandmisel, vaid ka nende haavatavuses kemikaalide nagu vesi, metanool ja etanool, eriti pärast termilist töötlemist [33]. ]; struktuuri esituse leiate jooniselt 12.

Valmistamine võib tavaliselt hõlmata kemikaalidega, nagu lämmastik või vesinikkloriidhape, hapestatud vee kasutamist korrosioonikindluse suurendamiseks, kuid see töötlemisprotsess võib põhjustada Clions'ide moodustumist, mis võivad moodustada söövitavaid aineid ning hübriidi kõrge happesus võib hoopis kahjustada substraat, mitte kaitsta seda.

Katte koostise muutmine toob kaasa muutuse kile moodustumise omadustes ja seega tuleb keskkonnasõbralik kate valmistada keskkonnasõbraliku lähtelahuse abil. Poorsed kiled soodustavad pragude ja katkestuste teket, mis põhjustavad tõkke purunemise ja vähendavad üldist korrosioonikindlust. Hüdrofoobsemad silaankiled kaitsevad paremini metalle, kuna barjääri- ja adhesiooniomadused sõltuvad kas õhu või veega kokkupuute ajast, kuna Si-O-Si sidemed on kokkupuutel tekkivate hüdrolüüsireaktsioonide suhtes haavatavad [34].4.4.2.

Hüdratsoonid: iseparanevad ja vormivad mälumaterjalid. Atsüülhüdrasoonid moodustuvad hüdrasiini ja karbonüülühendite kondenseerumisel ning neid võib katalüüsida happe juuresolekul, muutes nende C=N-sidemed pH-tundlikumaks [30]; struktuuri võib leida jooniselt 13. Atsüülhüdrasoonid on vee suhtes vastupidavamad kui amiinid ja kergetes tingimustes võib neid pidada adünaamilisteks molekulideks, mis on võimelised ümber segama teiste hüdrasoonidega või erinevate hüdrasiinide juuresolekul.

Kõige olulisem on aga see, et nad reageerivad ümbritseva keskkonna pH-le, kus nende moodustumist katalüüsib hapete olemasolu ja moodustumine väheneb aluselisemas keskkonnas. Vahelduvad kopolümeerid võivad koos hüdrasoonidega pääseda juurde erinevatele polümeeride koostistele ja funktsioonidele monomeeride vahetamise kaudu, võimaldades häälestada mehaanilisi omadusi.

Siloksaane saab kasutada vahekihina, et moodustada veniv pehme hüdrasoonkile ja kui need reageerivad happes kõvema, jäigema hüdrasooniga, vahetatakse monomeerid nende kahe vahel, moodustades uue kopolümeeri, mille omadused on määratud monomeeride vahetuskiiruse ja monomeeride vahetusviisiga. . Lisaks võib polüatsüülhüdrasoon saavutada iseparanemise polüsiloksaani ühiku lisamise kaudu ja võimaldada deformatsiooni taastumist mitme tunni jooksul, ilma et oleks vaja kuumutada [30].

4.4.3. Dielsi-Alderi reaktsioonid. Dielsi-Alderi reaktsioon toimub tsükloliitumisreaktsiooni kaudu, milles konjugeeritud dieen ja kaksiksidemega dienofiil moodustavad kuueliikmelise tsükloheksaanitsükli; enamik rakendusi muudab reagendi elektronirikkaks, mida nimetatakse dieeniks, ja teise reagendi elektronivaeseks, mida tuntakse dienofiilina. Tulemuseks on eksotermiline reaktsioon; seetõttu on pöördreaktsioon ehk retroDielsi-Alderi reaktsioon endotermiline protsess ja nõuab seetõttu kulgemiseks soojust.

Dielsi-Alderi reaktsioonid on iseseisvad ja ei vaja katalüsaatorit ega muude materjalide lisamist; sellisena on enamik Diels-Alderi dünaamilisi kovalentseid polümeere võrkpolümeerid [30]; Üldreaktsiooni esituse võib leida jooniselt 14. Dielsi-Alderi tsükloadukte või muid molekule, mis moodustavad dünaamilisi kovalentseid sidemeid või millel on supramolekulaarne interaktsioon, on kasutatud pöörduvate/dünaamiliste interaktsioonide kaudu sisemiste iseparanevate, termoreaktiivsete polümeeride saavutamiseks.

Need kemikaalid võimaldavad valmistada ristseotud võrke, mis on võimelised parandama ja parandama polümeeri mehaanilisi omadusi ning termilist ja keemilist stabiilsust. DA aduktid moodustuvad madalatel temperatuuridel (90 kraadi) ja võivad kristalliseerumise ja klaasistamise teel salvestada polümeeri struktuuris kujumälu, mis on võimelised termiliste vahenditega käivitama füüsikalisi faasisiirdeid, mille eeliseks on pragude sulgemine ja seeläbi katte paranemisprotsess. Tihe ristsidumine soodustab polümeeri mehaanilisi omadusi, kuid võib vähendada polümeeri paindlikkust ja paranemisvõimet.

Seega tähendab polümeeri tervendamine DA reaktsiooniga uuesti töötlemist retro-DA temperatuuril 120 kuni 150 kraadi, kuna see põhjustab osalist lahtiühendamist, mis suurendab molekulide liikuvust; Kahjuks võib see protsess lisaks DA ebaefektiivsele kõvenemisele kaasa tuua polümeeri pöörduvuse kadumise ja jätkuva paranemise. On tehtud ettepanek, et asiloksaani, näiteks polüdimetüülsiloksaani (PDMS) kopolümerisatsioon polüuretaaniga, et aidata kaasa pragude sulgemisele, polümeeri paindlikkusele ja DA-sidemete rekonstrueerimisele, parandab mehaanilisi omadusi, kuna PDMS võib takistada uretaani kristalliseerumist säilitada liikuvus [39].

Polüsiloksaanpolümeeri omadusi saab parandada anorgaaniliste nanoosakeste lisamisega ja nanoosakesi võib kasutada ristsildajatena, et parandada iseparanemist. Sideaine molekulaarstruktuur, speisseri pikkus, aitab määrata Diels-Alderi iseparanevate polümeeride raviomadusi, kuna pikad vaherühmad näivad soodustavat DielsAlderi reaktsiooni üleminekuseisundit paremini [40].

Mis puutub kujumälu, siis DA-sidemed säilivad allpool Tg-d, kuid neid saab aktiveerida Tg-st kõrgemal, et algatada katkenud sidemete paranemine ja rekonstrueerimine. DA-PDMS-PU kopolümeeri paranemistõhusus paranes võrreldes DA-polümeeriga, kuna paindlikud PDMS-segmendid suurendasid pöörduvate ühikute üldist paindlikkust ja paranemisprotsessi reaktsioonikineetikat madalal temperatuuril [39].

'

5. Kujumälu komposiidid: kattelisandid

Teiseks arvessevõetavaks teguriks on see, et komposiitmaterjalide pinnakihi terasuurus võib mõjutada komposiidi omadusi, ulatudes elastsusest kuni deformatsioonikindluseni; sellisena on komposiitrakenduse jaoks õige materjali valimine võtmekomponent uue kujumäluga komposiidi kujundamisel. 22]. Seega võib täiteainete lisamine olla vahend polümeerkomposiidi edasiseks täiustamiseks; teatud tüüpi täiteaineid võib näha tabelis 3.

Juhtivad täiteained on eriti olulised kujumäluga polümeeride jaoks, kuna polümeeridel on väga madal soojusjuhtivus, mis jääb vahemikku {{0}},15 kuni 0:3 W/m∗ K, mis teeb paremad isolaatorid Seega lisatakse juhtivaid täiteaineid suurema juhtivusega proportsionaalselt nende massiprotsendiga polümeerkomposiidis.

Sellistel täiteainetel on aga puudus, kuna need võivad pärssida kuju deformatsiooni ja taastumist võrreldes puhtama kuju mälupolümeeriga; see efekt on suuremate osakeste korral rohkem väljendunud [21]. Näiteks räni-süsiniku ja ränioksiidi täiteainete lisamine umbes 40 massiprotsendini pärsib kujumälu komposiidi võimet deformatsioonist täielikult taastuda [5].

Süsiniktäiteained moodustavad maatriksis mitmeid võimalikke nanoosakesi, mida saab kasutada täiteainetena, kusjuures mitmed märkimisväärsed süsiniku täiteained on tahm, nanotorud või grafeen [2, 4, 5]; agrafeeni-polümeeri komposiidi joonis on näidatud joonisel 15. Grafeen on kasulik polümeerkatte täiteaine osaliselt tänu oma väikesele massitihedusele, suurele moodulile ja suurele tugevusele ning võib samuti parandada katte korrosioonikindlust, kuna see on kattekihti mitteläbilaskev. gaasid või vedelikud, mis võivad katte all olevat metalli korrodeerida; üliõhukesi nanolehti on edukalt testitud isegi kaitsekilena.

Grafeen on väga läbipaistev, nii et katted säilitavad metalli optilisi omadusi; neil on ka suur pindala ja need soodustavad suurt adhesiooni nanotäiteaine ja maatriksi vahel [17]. Grafeen on võimeline parandama kummiplaadi moodulit kuni 400 000 mahuprotsenti, kui seda lisatakse polüimiidkomposiidile, ning võib parandada Youngi moodulit, ülimat tugevust ja klaasistumistemperatuuri, kui seda kasutatakse muude polümeerkomposiitide moodustamiseks.
Kui on probleem, tuleb pinnaomadusi kohandada vastavalt soovitud kasutusalale, kuna pinna laeng, hüdrofiilsus ja märguvus, mida grafeeni lisamine muudab, mõjutavad raku kinnitumist ja polümeeri toimivust kasutatava pinna suhtes [41 ].

Süsiniknanotorud võivad seevastu tugevdada ja tugevdada kujumäluefekte, parandada elektripõhist kujumälu taastamist ja neid saab kasutada keerukate komposiitsüsteemide loomiseks, mida on võimalik häälestada konkreetsetel eesmärkidel ja parandada kujumälu polümeeri reageerimisvõimet. [4]. Elektrooniliste seadmete valmistamisel valitakse sageli metalle ja nende oksiidvorme [5] ning nende juhtivuse tõttu võivad mõned, näiteks ferriit, isegi magnetid mõjuda.

See võimaldab kujumälu ümberkujundamist, kuna metalliosakesed võivad väga tugeva magnetväljaga kokku puutudes tekitada soojust. Kui on suur puudus, siis see, et polümeeridel ja metallidel on erinevad liideseomadused, mis muudavad need täiteainena kasutamiseks mõnevõrra sobimatuks. Lisaks väärib märkimist, et täiteaine joondamine võib mõjutada ka polümeeri.
Näiteks süsinik-nanotorude lisamisel termoplastilise kujuga mälupolümeerile joonduvad süsinik-nanotorud polümeerile rakendatava jõu suunaga. Selle tulemusel muutus üldine kuju stabiilsus, see mõjutas polümeeri püsiva kuju taastamist ja muutis kristallide jaotust polümeermaatriksis [42]. Kujumälu mõju iseparanemisele on ebapiisav, kui seda rakendatakse sügavatele lõigetele ja sellisena. nõuavad teiste korrosioonitõkestamise meetodite kasutamist [43]. Üks levinumaid lähenemisviise korrosioonitõrje tõhustamiseks on korrosiooniinhibiitorite sisestamine maatriksisse; need võivad toimida tervendavate ainetena ja seeläbi leostuda mis tahes defektidesse, võimaldades korrosiooni tõrjumist.

Inhibiitoreid sisaldavate kattekihtide paranemise määrab korrosiooni pärssimine versus katte võime parandada maatriksi barjääriomadusi ja on seetõttu pöördumatud reaktsioonide vahed ning maatriksis paiknevate inhibiitorite hulk on piiratud, kuna suured kogused põhjustavad maatriksi soovitud omaduste kadumise. Kattemaatriksi liikuvus tagab katte korrosioonikaitse taastamise ja see käivitatakse tavaliselt soojuse või valguse kasutamisega. Kuumutamine üle Tg võimaldab füüsilist sulgemist, kuna kate pehmendab ja käivitab kujumäluefektid ning seeläbi osaliselt taastab barjääriomadused; seda protsessi saab veelgi tõhustada korrosioonitundliku komponendiga, mis suudab tuvastada kahjustuse asukoha ja neid parandada või vähemalt edasisi võimalikke kahjustusi ära hoida [44].

Mõned korrosiooniinhibiitorid on bensotriasool, 8-hüdroksükinoliin või aretseriumil põhinevad inhibiitorid. Korrosiooniinhibiitorid leostuvad pärast kahjustuste tekkimist välja, moodustades avatud pinnale tõkkekile. Korrosiooniinhibiitorite kõrge kontsentratsioon soodustab suuremat korrosioonikindlust, kuid võib põhjustada mehaaniliste omaduste vähenemist. Tundub, et korrosiooniinhibiitorid ei mõjuta kiirust, millega vesi maatriksisse tungib; sellisena võivad paranenud kahjustused siiski võimaldada korrosiooni teket, eriti piirkondades, kus kahjustused kunagi esinesid [24].

Inhibiitorid on tavaliselt kavandatud kestma umbes 6–8 aastat, teisisõnu vähemalt järgmise hooldusperioodini. Orgaanilised katted imavad vett tavaliselt defektide kaudu kattekihis olevatesse pooridesse, mistõttu võivad inhibiitorpigmendid eralduda ja lahustuda [45]. Alumiiniumi korrosiooniinhibiitoritena kasutatakse tavaliselt triasooli ja tiasooli, eriti mürgiste kroomipõhiste korrosioonivastaste ainete asemel. 2-Merkaptobensotiasooli (MBT) eelistatakse, kuna see adsorbeerib alumiiniumisulami pindu, moodustades õhukese kaitsekile; aga MBT ja teised korrosiooniinhibiitorid ei tööta hästi polümeerkattega, kuna need võivad deaktiveerida ega anna soovitud korrosioonikaitset [46].

Kromaatkatted on algtaseme korrosiooniinhibiitor ja kõrge tase võib aeglustada pragude kasvu, kuid seda võib pidada keskkonnale kahjulikuks [45]. Mikro- või nanokapslite lisamisel on võimalik barjääriomadusi vähendada olenevalt konteineri suurusest või sellest, kui konteiner ei ühildu maatriksiga. Soovitud päästikmehhanism mängib olulist rolli, määrates, kuidas inhibiitorit kapseldada, koos kasutatava maatriksi ja inhibiitori tüübiga.

Tavalised aktiveerimismeetodid on lokaalsed pH muutused, mehaaniline purunemine ja ioonivahetus. Ioonivahetus toimub konteinerites, mis sisaldavad korrosiooni inhibeerivaid anioone, mis vabanevad, mis võimaldavad agressiivsemaid anioone, näiteks kloriidi, asendada need [46]. Kui inhibiitor segatakse kattekihiga, lahustub inhibiitor lahuses ja tekitavad lahuse kattekihina kandmisel mikropoore.

Metall-orgaanilised karkassid on teatud tüüpi kapseldamismeetodid, kus metallioonid on ühendatud orgaaniliste linkerite abil; need toimivad, vabastades inhibiitori, moodustades avatud pinnale adsorptsioonikihi ja seejärel takistab metallorgaaniline raamistik ise elektrolüütide läbitungimist või edasist korrosiooni kahjustatud ala ümber. Mis tahes kapsli peamine soovitud omadus on inhibiitorite kontrollitud vabanemine, et mitte kulutada piiratud ainet enneaegselt, andes seeläbi kattele pikema kasutusea [47].

Korrosiooniinhibiitorite nõuetekohane säilitamine vähendab lekkeid, takistab inhibiitorite koostoimet maatriksiga ja võib parandada sees säilitatavate inhibiitorite hulka. Üldjuhul on korrosiooniinhibiitorite eelistatud mahutid nanoosakesed, millel on suured nanoõõnsused, suure pindalaga, väga stabiilsed ja väikese tihedusega. Õõnesed mahutid on palju võimekamad hoidma suures koguses inhibiitoreid kui teised kandjad. Tüüpilised mahutimaterjalid on kaltsiumkarbonaat, titaanoksiid, halloysitenanotorud, mesopoorsed ränidioksiid ja tseeriumoksiid.

Enamik vabastamismeetodeid käivitatakse tavaliselt keemiliste kahjustuste või pH muutuste tõttu, kuna need on metalli kahjustamise tavalised põhjused. Anorgaaniliste mahutite eeliseks on see, et neid saab hõlpsamini hajutada kogu polümeermaatriksis ja neil võib endal olla täiendavaid korrosioonivastaseid omadusi [48]. Tervendavat ainet sisaldavad kapslid võivad olla hajutatud läbi polümeermaatriksi, misjärel võib maatriksi kahjustamine käivitada iseseisvuse. paranemine, põhjustades kapslis sisalduvate ainete polümerisatsiooni.

Sellise kapsli soovitavad omadused on pikk säilivusaeg, tugevus struktuurse stabiilsuse säilitamiseks kuni iseenesliku paranemiseni ja võime näidata suurepärast sidet peremeesmaatriksiga. Submikroniliste ja nanokapslite väljatöötamine võib võimaldada väiksemaid vahekaugusi. Tahkete osakeste täiteained mõjutavad oluliselt materjali mehaanilisi omadusi ja olenevalt täiteainest võivad need mõnikord polümeerile soodsalt mõjuda, näiteks suurendada murdumiskindlust; muul ajal võivad need toimida negatiivselt, nagu elastsusmooduli või lõpliku tõmbetugevuse vähenemine (need negatiivsed mõjud on täheldatud suurte kapslite kapslikontsentratsiooni suurenemise korral) [49].

Tervendavaid aineid sisaldavate mikrokapslite või tuubide lisamise peamised eelised on võimalus sulgeda lõige minimaalse materjaliga; kiud suudavad töötada samal tasemel isegi pärast korduvat kasutamist tänu piiratud taastumisele, mille tulemuseks on uuendatud pinge programmeerimine. Stressi taastamist kasutades on võimalik sundida maatriksis oleva prao või lõike sulgemist [50]. Lühiajaliseks korrosioonikaitseks eelistatakse mikrokapsleid.

Kahjustuse ilmnemisel mikrokapsel laguneb, mis võimaldab tervendaval ainel reageerida metallsubstraadiga, moodustades passiveeriva konversioonikihi; see annab aega paranemiseks ja hoiab ära edasise korrosiooni.

See tähendab, et paranemine on kaheetapiline protsess, mille käigus mikrokapslid hajuvad, moodustades passiveeriva kihi, mis parandab aluspinna nakketugevust ja korrosioonikindlust, ning sealt edasi võib maatriksit kuumutada, et käivitada kujumäluefekt, mis sulgeb kahjustatud ala. 51]. Katalüsaatori kapseldamine, kus on initsiaatorpellet ja vaigupellet, võib indutseerida polümeerkomposiidis iseparanemist; seda on edukalt testitud polüdimetüülsiloksaanis. Boorsilikaadist koosnevad õõnsad klaaskiud võivad toimida kapslitena vedela paranemise hoidmiseks. ained, mis on võimelised taastama kuni 97% algsest paindetugevusest, suudavad ühe ruumala kohta paremini säilitada tervendavaid aineid ja neid saab kasutada kahjustuste visuaalse tuvastamise vahendina, kuid sellised kiud on piiratud, kuna need tuleb kõigepealt purustada ained ja kiud võivad kuumuse käes paisuda, mis võib viia maatriksi kahjustamiseni [52].

Teine soovitatav korrosioonivastane kattematerjal oleks suure kuvasuhtega täiteained, nagu savilisandid. Üks konkreetne huvipakkuv savi oleks montmorilloniitsavi, orgaaniliselt modifitseeritud naatriumsavi, mille tulemuseks on polümeermaatriksite parem ühilduvus ja suurem tugevdus; sellel on 2D-kristallstruktuur, mis on hüdreeritud kahe ränidioksiidi tetraeedrilise lehe vahel oktaeedrilise alumiiniumoksiidiga; nende virnastamiskihtide tulemuseks on van der Waalsi pilud [53]. Montmorilloniitsavi (näidatud joonisel 16) on positiivse laenguga, mis polümeerkattele lisatuna kompenseerib liigse negatiivse laengu, adsorbeerides leelismetalle savi trombotsüütidele, mis loob hüdrofiilse kihi. savi, millel on vees stabiilne suspensioon.

Teatud kontsentratsioonipunktis moodustavad need savisuspensioonid vees väga viskoosse geeli, mille ruumala on kinni jäänud, või on saviosakeste läbitunginud võrgustik, mida võib täheldada geeli pseudotahke käitumise põhjal; Väärib märkimist, et polümeer-savi nanokomposiidid on võimelised ka pärast savi kriitilise kontsentratsiooni saavutamist geelistuma. Polümeerkattele lisamisel tuleb montmorilloniitsavi muuta organofiilsemaks, asendades leelismetallid katioonsete pindaktiivsete ainetega, mis on tavaliselt primaarsed, sekundaarsed, tertsiaarsed ja kvaternaarsed alküülammooniumioonid, kuna mittepolaarsete polümeeride tugevdamiseks on vaja lisada ühilduvusaineid.

Polümeer-savi nanokomposiitide mehaanilisi, füüsikalisi ja termilisi omadusi saab parandada savi trombotsüütide hajutamise ja koorimise kaudu kogu maatriksis[54]. Täpsemalt, täiteained võimaldavad polümeeril saavutada kõrgemat moodulit, suurendada termilist stabiilsust ja juhtivust, paremat lahustikindlust ja ioonjuhtivust ning paremaid isepassiveerimis- ja barjääriomadusi [53]. Savi lisamine polümeermaatriksisse näib omavat tõhusust, kuna 1 massiprotsenti savi sisaldava polümeeri korrosioonivoolutihedus on suurusjärgu võrra madalam kui ilma savita polümeeri puhul, kuid see saavutab sama väärtuse kui massiprotsent. Savi % ulatub 10%-ni.

Madala väärtusega katted (vahemikus 0 kuni 2 massiprotsenti savi) näitavad suuremat impedantsi võrreldes tavalise polümeerkattega, kuid see langeb märkimisväärselt, kui savi massiprotsent jõuab 2 massiprotsendini või rohkem, kuna savi agregeerub ja aglomeerub sees. maatriks [54]. Lisaks parandab savi lisamine polümeeri nii polümerisatsiooni kiirust kui ka polümerisatsiooniastet, parandades samal ajal ka töödeldavust, kuna kondensatsioonpolümerisatsioon vähendab reaktsioonilahuse viskoossust [53]. Maatriksi sees olev savi takistab polümeeri ahela liikumist ning savi annab ka väiksema poorsuse ja suurema jäikuse, kuna polümeerahelad on füüsiliselt takerdunud [54]. Polümeerkomposiitide jõudlus sõltub kogu maatriksis hajutatud täiteainest; sellisena on täiteainete lisamisel üks peamisi fookusi materjali hajutamine sellisel viisil, mis hoiab ära aglomeratsiooni [53].

6. Kujundused

Kujumäluefektid võivad aidata iseeneslikult paraneda, tõmmates pragusid üksteisele lähemale; seda võib saavutada kujumälusüsteemi sisestamise või kombineerimisega polümeeri. Näitena võiks tuua apolümeeriga ümbritsetud traadid, kus polümeeri pragu tekkimisel sunnib traadi poolt tekitatud kujumäluefekt prao sulguma ja polümeeri ulatuses paiknevad kapslid võivad seejärel vabastada polümeersed iseparanevad kemikaalid, et pragu tihendada, nii et seni, kuni pragu on piirkonnas, kus traat võib avaldada kujumäluefekti [55]; näide on näidatud joonisel 17.

Iseparanemist kutsub tavaliselt esile kuumus, mis tähendab, et hõõrdeprotsess, mis võib tekitada piisavalt soojust, et viia polümeer viskoelastsesse sulamisolekusse, võimaldab polümeeril uuesti siduda ja parandada. Kuumutamisel indutseeritud termoreaktiivsete ainete paranemine tugineb reageerimata polümeerirühmade ristsidumisele, kus kuumutamist rakendatakse seni, kuni sees olevad molekulid saavad üksteisega difundeerida ja seega võimaldada mis tahes jääkrühmadel reageerida. Nõuded termoreaktiivsetele tervendavatele ainetele on, et need peaksid olema pöörduvalt seotud ristseotud võrgustikuga, kui need on alla paranemistemperatuuri (et minimeerida mõju, mida need võivad avaldada mehaanilistele omadustele), kuid kui paranemistemperatuur on ületatud, muutuvad nad liikuvaks, et võimaldada difusiooni läbi prao ja lineaarse ahela molekulide lisamine ei mõjuta maatriksi mehaanilisi omadusi.

Kui praod ja tugevuse kaotus on tingitud molekulide purunemisest või muudest aatomitasandi muutustest, peab parandus toimuma nimetatud molekulide rekombinatsiooni reaktsiooni kaudu ehk teisisõnu peab toimuma pöördreaktsioon. Polümeeri riknemine minimeeritakse, kui taastumiskiirus toimub halvenemisega samas tempos, kuid pöörduvate keemiliste interaktsioonide tõttu iseparanemiseks on vaja kõrgeid temperatuure. Väliste vahenditega isetervenemise rakendamisel ei ravi ennast mitte maatriks, vaid kapseldatud tervendavad ained, mida hoitakse kas "toru" või mikrokapsli kujul, mis hävitatakse ja need ained vabanevad tervislikku pragu. [31].

Tuleb märkida, et kui temperatuur ületab polümeeri paranemisvõime, põhjustab see polümeeri riknemise ja ei tööta enam korralikult. Lisaks võib polümeerkatte defekt, mis võimaldab selle all oleva metalli korrosiooni tekkida, kaasa tuua katte nakkuvuse kadumise ja metalli terviklikkuse vähenemise. Eneseparanemine keemilise reaktsiooni protsessiga on vastuvõtlik kõrvalreaktsioonidele, mis võivad vähendada paranemis- või kujumäluomadusi. Kujumälu polümeeride füüsikalis-keemilised mehhanismid võivad stressist või deformatsioonist põhjustatud mehaanilist deformatsiooni pöörata ümber mitme meetodi abil, millest kõige populaarsem ja lihtsaim on materjali kuumutamine, ilma et oleks vaja keemilist reaktsiooni.

See protsess kasutab ära polümeeris leiduvate mitmete klaasistumistemperatuuride (Tg) või sulamistemperatuuride (Tm) eeliseid, kuna polümeer osaliselt sulab ja võib hiljem tahkuda, kuid ploki teine ​​osa hoiab tahket vormi, võimaldades mõlemal tüvel taastuda. ja kuju säilitamine [19]. Nagu eelnevalt mainitud, indutseeritakse transformatsioonid kujumälusulamis kuumutamise teel; see tekitab muret kujumälupolümeeride kasutamise pärast korrosioonikaitsevahendina, kuna neil võib olla transformatsiooni esilekutsumiseks erinev temperatuur. Seda muret võib leevendada piirang, et enamiku praeguse kujuga mälusulamite üleminekutemperatuurid on alla 100 kraadi; seega võivad polümeerid toimida korrosiooni inhibeerimise vahendina [11].

Näiteks moodustub enamik DA adukte temperatuuril umbes 90 kraadi või alla selle ja dissotsieeruvad temperatuurid vahemikus 110 kuni 130 kraadi. Furaani/maleimiidi sisaldavate DA kopolümeeride paranemisprotsess toimub temperatuurivahemikus 120–150 kraadi, kuna see käivitab osalise sideme ja seega suurendab molekulide liikuvust [39]. Seetõttu võivad polümeerid ühtida kujumälusulamite temperatuurivahemikega ja kutsuda esile paranemist selles vahemikus; probleem on siis peenhäälestus, et see vastaks nii polümeeri kui ka sulami kujumäluefekti temperatuuridele.

Selle protsessi esilekutsumiseks on mitu meetodit, millest üks lihtsamaid on polümeeride segamine, kuna üldiselt järgneb polümeerisegu Tg suurendamine kõrgema Tg-ga kopolümeeri kontsentratsiooni suurenemisele [38]. Alternatiivina võib vahekihtide lisamine polümeeri mõjutada Tg-d, kuna näiteks apolükaprolaktoonil põhineva polümeermaterjali sulamistemperatuur või Tm on 51,7 kraadi, kuid vahetükkide lisamine vähendab temperatuuri 49,6 kraadini.

Lisaks võivad vahemoodulid aeglustada polümeeri kristalliseerumist või kiirendada kristalliseerumist vesinikuga seotud kristallilisi segmente moodustavate polümeeride (nt polüuurea) juuresolekul [19]. Teised materjalid, nagu süsiniknanotorud või grafeeni nanotäiteained, võivad samuti mõjutada polümeerisegu Tg-d, kuna näiteks 1 massiprotsendi grafeeni lisamine epoksüestri-siloksaanuurea polümeeri segule võib tõsta Tg-d 95 kraadilt 115 kraadile. graafikul joonistel 18(a)–18(c) [17]. Kui kao tangensi maksimumid tan δ esinevad üleminekul temperatuurivahemikus, võib seda pidada polümeerse materjali Tg-ks. , kuna see on seotud soojusenergiaga, mis on vajalik molekulidega toimuvate muutuste toimumiseks mikroskoopilisel tasemel [56].

Seetõttu võib grafeeni lisamine suurendada materjali Tg-d, kuid see pole täiesti lihtne, kuna näib, et lisatud massiprotsent võib polümeere erinevalt mõjutada, nagu on näidatud ülaltoodud graafikutel. Näidatud on peamised tan δ maksimumid; Graafik (c) näitab sekundaarset tan δ maksimumi ja on üks peamisi kaalutlusi ja on suhteliselt lihtne, kuna grafeeni massiprotsendi suurendamine 0-lt 2 massiprotsendile põhjustab Tg tõusu 95-lt umbes 120 kraadini. Seevastu graafik (b) näitab esimesi tan δ maksimume, kus näib, et grafeeni lisamine üldiselt vähendab ka Tg-d, mida näitab nii 1 kui ka 2 massiprotsendi madalam Tg väärtus; Samuti väärib märkimist, et massiprotsendi suurendamine toob Tg-väärtuse puhta polümeeri omale lähemale [17]; seda saab hõlpsamini näidata tabelis 4. Turud tõukuvad kõrgtemperatuursete kujumälusulamite väljatöötamise poole, mis suudavad muuta temperatuure, mis on palju kõrgemad kui 100 kraadi.

Kõik katsed moodustada stabiilseid materjale, mis on kõrgemad kui 100 kraadi, on aga pettunud asjaolu pärast, et kokkupuude suure hulga soojusenergiaga mõjutab materjalis toimuvaid kiirusest sõltuvaid protsesse ja seetõttu mõjutab see mikrostruktuurilist stabiilsust, vastupidavust deformatsioonile, taastumist ja keskkonnakindlust. [11]. Arengutele vastav on olnud kõrgtemperatuursete kujumälupolümeeride väljatöötamine; Üks selline näide on iseparanev kõrge temperatuuriga polüimiid, mille töötemperatuur on 243 kraadi, kui polümeeri lisatakse polüstüreeni [37]. Loomulikult töötatakse välja rohkem uudseid lähenemisviise, mis võiksid mälu kujundamise võimalikke rakendusi veelgi parandada. polümeerid.

Väärib märkimist, et keskkonnas, kus materjal võib esineda madala temperatuuriga tingimustes, ei pruugi iseeneslik paranemine toimuda või olla saadud kahju suhtes ebapiisav; seega oleks sellistes keskkondades, kus seda võib kasutada, soovitud efektide saavutamiseks kasutada aineid, mis on võimelised materjali isekuumenema. Seetõttu tuleb enesetervendamise algatamiseks välja mõelda mõni muu vahend; Lihtne meetod selle saavutamiseks on infrapunakiirgus, mikrolainekiirgus või muud kiirgusvormid, olenevalt valitud materjalist, kuigi see võib esineda isegi toatemperatuuril [52].

Kasulik on see, et mikrolaine- või infrapunakiirgust saab iseparandusmehhanismi aktiveerimiseks kasutada kaugjuhtimisega ja ainult kindlal alal, ilma ümbritsevat pinda mõjutamata, toimides peaaegu silmapilkselt, valguse sisselülitamise hetkest kuni selle väljalülitamiseni [57]. Ehkki need ei ole päris seotud kujumälusulamitega, toimivad mikrolaine- või infrapunakiirguse kanalid ka kujumälu polümeeri taastamise käivitusmehhanismina ning kuna need on energiasäästlikud, odavad ja käivitavad kiiresti taastumiskäitumise, on need teiste kujumälu rakenduste jaoks tohutult veetlevad [ 58].

Kujumälupolümeerid, mis kasutavad aktiveerimiseks infrapuna- või mikrolainekiirgust, hõlmavad tavaliselt valgustundlikke täiteaineid, nagu metalli nanoosakesed või konjugeeritud polümeerid, ja juhtivaid täiteaineid nagu grafeen või süsinik-nanotorud termiliselt aktiveeritud kujumälupolümeeridesse, et kutsuda esile materjalist soovitud taastumiskäitumine [2, 52 , 57, 58]. Näiteks jaotati mitmeseinalised süsiniknanotorud polüuretaanmaatriksis, mille tulemusel paranes maksimaalne venituspinge 120%, taastumisjõud 100%, tõmbetugevus 24% ja kadumoodul kolmandiku võrra võrreldes tavalise polüuretaaniga; Lisaks võimaldas see mikrolainetel aktiveerida polüuretaanis kujumäluefekti [2].

Neid polümeere, mis aktiveerivad oma iseparanemismehhanisme mikrolaine- või infrapunakiirguse kaudu, kasutatakse näiteks pinnakattena, elektroonikaseadmetes või muudel bioloogilistel eesmärkidel ning need on eriti tähelepanuväärsed võimalike kasutuste puhul kosmosetööstuses [2, 52]. Teine tegur, mida tuleks arvesse võtta, on tüüpiliste iseparanevate polümeeride vastupidavus, mis on halvemad kui kovalentsed polümeerivõrgud, kuna need võivad pööratavalt moodustada sidemeid või teisisõnu lõhkuda ja reformida oma polümeeride võrgustikke, et saavutada nende paranemisvõime.

Kui pööratavasse võrku saaks lisada püsiva kovalentse võrgu, saaks mehaanilisi omadusi parandada. Tavaliselt moodustub see hüdrogeel, kuid need sisaldavad tohutul hulgal vett, mistõttu need ei sobi kattematerjaliks, kuna need võivad materjali leostuda või korrodeerida ja mõjutada selle üldisi omadusi. Pöörduv ristsidumine kovalentsete ja pöörduvate polümeeride võrgustike vahel on keeruline, kuna ristseotud materjalid ei segune ja nende segamiseks on tavaliselt vaja kaaslahusteid; katse moodustada "kuiv" polümeervõrk põhjustab sageli viskoelastse faasi eraldumise.

Üks märkimisväärne katse "kuiva" võrgu moodustamiseks on juhuslikult hargnenud ristseotud polümeeride valmistamine, mis on võimelised toetama pöörduvat vesiniksidemeid lisaks püsivatele kovalentsetele ristsidemetele, mis sunnib segunema molekulaarsel tasemel ilma viskoelastse faasi eraldamiseta või kaaslahustite vajaduseta. See moodustati diamiinide ja akrüülhappe kombinatsioonist, mis moodustavad supramolekulaarse võrgustiku kas amiid-amiid- või amiid-karboksüül-ühendustega. Hübriidse elastomeeri materjali väikesed deformatsioonid põhjustavad ainult vesiniksidemete katkemist ja uuenemist ning suuremad deformatsioonid põhjustavad makrokraseerumist. skaala 1 kuni 1000 μm, mis säilitab materjali terviklikkuse ja mille murdumisenergia on 13 500 J/m2, mis on võrreldav loodusliku kummiga.

Iseparanemine võib toimuda toatemperatuuril ja taastumisjärgselt võib tõmbetugevus olla 4 MPa juures võrreldav enamiku teiste elastomeeridega. Kahjuks on rakendused, mis võivad kaaluda kujumälumaterjalide korrosiooni pärssimist, olla piiratud, kuna polümeerivõrgu Tg on 4-14 kraadi ja see toimib toatemperatuuril kummise elastomeerina, mistõttu tuleks selle toimimiseks muuta ja ohverdada mõningaid selle omadusi. kattekihina [59]. Teiseks kujumälu komposiitide arenduseks võiksid olla kolmekordse kujuga mälukomposiidid.

Need polümeerkomposiidid võivad muutuda kaheks muuks ajutiseks kujuks, enne kui nad taastuvad esmaseks püsivaks kujuks, kui nende taastumiskäitumine käivitatakse, sooritades seega keerukaid taastumisliigutusi palju paremini kui traditsioonilisema kujuga mälukomposiidid. Neid üleminekuetappe saab läbi viia kas temperatuuride seeria kaudu, milles see muudab vormi, või üksiku temperatuuriväärtuse kaudu, milles muutused toimuvad [60]. Astmeline üleminekukäitumine polümeeris on see, mis mõjutab ajutiste positsioonide arvu, mille polümeer võib oma kujumälu tsüklis omandada, mis tähendab, et üleminekutemperatuuride arv polümeeri segus mõjutab kujundite arvu, mida see võib omandada, ja järelikult viitab neljakordsele või suuremale kujule. kujumälu komposiidid võiksid olla teostatavad. Põhiline lähenemine selle saavutamiseks on polümeer, millel on ainulaadne lai polümeeriahela ülemineku faas, kuna monomeeride mitmekesisuse suurendamine nõuab soovitud polümeermaterjali veelgi täpsemat sünteesi [42].

Kujumälu sulamite ja kujumälu polümeeride kombineerimisel kuju-mälu komposiidi moodustamiseks saab vormi-mälu komposiiti moodustada kolmesuunaliste liigutustega, 3D-printides kujumälu polümeeri ümber kuju-mälusulami [3]. Siiski näitavad materjali uuringud, et deformatsioon on üldiselt piiratud lineaarse elastse piirkonna vahemikuga ja et jäikus üle üleminekutemperatuuri on piisavalt madal, et soodustada hiilimist välise koormuse korral; ka teatud kolmekujuliste mälupolümeeride puhul põhjustab komposiidi termiline paisumine kõrgetel temperatuuridel tavapärasest palju suuremaid deformatsioone. Kolmikkujuliste mälupolümeersete komposiitide probleemide lahendamisel keskendutakse materjalide tootmisel kasutatavatele polümeeridele, kuna enamik neist on kolmekordsed. - kujumälu komposiidid luuakse polümeeride segamise teel.

Polümeeride segamine on kõige kriitilisem samm, kuna eesmärk on luua komposiit polümeeridest, mis omavahel termiliselt segunevad; vastasel juhul tekivad piiridele nõrgad või eraldatud liidesed, mis nõrgendavad potentsiaalse komposiidi üldisi omadusi ja arvestades, et kahjuks ei ole enamus vaikudest ja plastidest termiliselt segunemisvõimelised, määrab paremate kolmekujuliste mälupolümeeride komposiitide väljatöötamise vajalik tegur materjalid, mis on võimelised tõhusalt segunema [60].

7. Järeldus

Polümeerid kujutavad endast potentsiaalset võimalust korrosiooni pärssimiseks, kuna need on võimelised sobima või ületama traditsioonilise meetodi, mille käigus lisatakse korrosiooni pärssimiseks selliseid elemente nagu ohtlik kroom. Kuid kuna polümeerid on oma olemuselt keskkonna suhtes inertsed, võivad nad mikropragunemise tõttu järk-järgult kaotada oma funktsionaalsust ja seetõttu on soovitav kasutada iseparanevaid polümeere, näiteks apolüimiid-b-polüuurea segu. Lisaks saab iseparanevaid polümeere nanomaterjalide või muude täitematerjalide abil veelgi täiustada, kuna need võivad parandada polümeerisegu juhtivust või parandada kujumälu polümeeride reageerimisaega. Kujumälu polümeeridega seotud tulevased arengud keskenduvad tõenäoliselt polümeeride segu kohandamisele eelistatud eesmärgi saavutamiseks, lisades teatud täiteaineid, näiteks mikrokapsleid, või käivitades selektiivselt iseparanemisprotsessi või kujumäluefekti, näiteks infrapuna- või mikrolainekiirguse rakendamist konkreetses piirkonnas. näiteks süsinik-nanotorude kaasamise kaudu. Need arendused peaksid võimaldama võimaliku kosmosesõiduki jaoks kohandatud kattekihti, eriti kasutuselevõetavaid struktuure või robootikat ja muid rakendusi, nagu täiturmehhanismid. Üldiselt oleks kujumäluga polümeerkatte jaoks kõige tõhusam kasutada alasid, kus kujumäluga polümeeril üksi ei oleks piisavalt tugevust või muid materjaliomadusi, mis kujumälusulamil on, säilitades samal ajal odavama ja vähemtoksilise korrosiooni ennetava katte.

Andmete kättesaadavus

Seda kirjanduse ülevaadet toetavad andmed on saadaval nende vastavalt autorilt, kes on tsiteeritud ülevaate viidete jaotisest leitud ajakirjadest. Neid tsiteeritakse teksti asjakohastes kohtades viidetena [1–60]. Jooniste ja tabelite jaoks võib viiteid leida tabelist või joonise all joonist kirjeldavas tekstis. Jooniseid 2, 11, 15, 16 ja 18 kasutatakse Autori loal.

Huvide konfliktid

Autorid ei kinnita huvide konflikti, mis võiks paberit mõjutada.

Viited

[1] FF Li, YJ Liu ja JS Leng, "Progress of shape memorypolymers and their composites in aerospace applications", Smart Materials and Structures, vol. 28, nr. 10, artikkel 103003, 2019.

[2] KK Patel ja R. Purohit, "Mikrolainetega indutseeritud kujumälupolümeeri/MWCNT-de komposiitide täiustatud kujumälu ja mehaanilised omadused", MateriaToday Communicationsons, vol. 20, artikkel 100579, 2019.

[3] R. Matsui, K. Takeda, H. Tobushi ja EA Pieczyska "Mehhaanilised omadused ja täiustatud teemad kujumälusulamite ja polümeeride kohta", Journal Theoretical and AppliMechanicsics (Poola), vol. 56, nr. 2, lk 447–456, 2018.

[4] H. Luo, Z. Li, G. Yi jt, "Multi-stimuli responsive carbonnanotube-shape memory polymeric composites", MaterialsLetters, vol. 137, lk 385–388, 2014.

[5] M. Lei, Z. Chen, H. Lu ja K. Yu, "Hiljutised edusammud kujumäluga polümeerkomposiitide vallas: meetodid, omadused, rakendused ja väljavaated", NanotechnoloReviewsews, vol. 8, nr. 1, lk. 327–351, 2019.

[6] ZG Wei, R. Sandstrom ja S. Miyazaki, "Shape memorymaterials and hybrid composites for smart systems: part IIshape-memory hybrid composites", Journal of Materials Science, vol. 33, nr. 15, artikkel 230586, lk 3763–3783, 1998.

[7] Y. Liu, Z. Dong, L. Yu, Y. Liu ja H. Li, "Uue Fe-Mn-Si-põhise sulami vananemise mõju mäluefektile ja korrosioonikindlusele", Journal Materials Research , vol. 30, ei. 2, lk 179–185, 2015.

[8] GA López, M. Barrado, EH Bocanegra, JM San Juan ja M. L. Nó, "Maatriksi ja termilise töötlemise mõju metallmaatriksi komposiitide martensiitsele transformatsioonile", Materials science & Engineering A, vol. 481-482, ei. 1-2 C, lk 546–550, 2008.

[9] H. Farhat, R. Griffin, INA Oguocha ja R. Evitts, "FeNiCoAlTashape mälusulami korrosioonikäitumise uurimine 3,5 massiprotsendilises NaCl lahuses", Corrosionengineering, science and technology, vol. 53, nr. 8, lk 611–616, 2018.

[10] AO Moghaddam, M. Ketabchi ja R. Bahrami, "Kahe Cu-põhise kujumälusulami kineetiline kasv, kujumälu ja korrosioonikäitumine pärast termomehaanilist töötlemist", Transactions Nonferrous Metals Society of China, vol. 23, nr. 10, lk 2896–2904, 2013.

For more information:1950477648nn@gmail.com