I materiali autoriparanti sono sostanze in grado di riparare automaticamente crepe strutturali o altri danni, una capacità che può prolungare notevolmente la vita utile di un prodotto e, in alcuni casi, aiutare a proteggere le persone dai danni. Molti prodotti autoriparanti sono stati ispirati da processi biologici che consentono ai corpi viventi di guarire. Osservando l’attività di guarigione naturale a livello microscopico, gli scienziati hanno sviluppato diversi metodi per replicare questa capacità benefica nelle sostanze artificiali. Esistono diversi tipi di prodotti autorigeneranti e per creare questi materiali è possibile utilizzare diversi approcci. Indipendentemente dalla struttura, gli oggetti autoriparanti sono tutti progettati per funzionare senza richiedere l’intervento umano.
Un tipo di prodotto autoriparante è noto come sistema microincapsulato. Questi materiali autorigeneranti sono specificamente progettati per riparare minuscole crepe che si verificano nei polimeri. Questo danno, a volte chiamato “microcracking”, può essere causato da usura meccanica o stress termico. I materiali microincapsulati contengono un agente chimico formulato per ricostruire e rinforzare la struttura polimerica. Uno strato di resina epossidica contiene queste sostanze chimiche di rinforzo all’interno di minuscole tasche e l’agente inizia a diffondersi quando il danno strutturale provoca la rottura delle piccole capsule.
I sistemi microvascolari sono un’altra varietà di materiali autorigeneranti. Come le soluzioni microincapsulate, questo tipo di materiale utilizza un agente cicatrizzante che viene mantenuto contenuto fino al momento del bisogno. Invece di essere distribuiti uniformemente su una superficie all’interno di minuscole capsule, tuttavia, le sostanze chimiche utili sono collocate in “vene” artificiali o canali che a nido d’ape il materiale. Questa struttura simile a una vena consente di pompare continuamente sostanze chimiche in un’area fessurata, il che aiuta a prevenire danni in corso.
Un terzo metodo che può essere utilizzato per creare materiali autorigeneranti utilizza polimeri meccanochimicamente attivi. Questo approccio è simile al modo in cui le ossa umane iniziano a ripararsi dopo la rottura. Con questo metodo, vengono creati polimeri che contengono gruppi di molecole chiamati “meccanofori”. Questi cluster sono naturalmente inclini a connettersi con altre molecole simili. Quando un polimero è sottoposto a sollecitazione, i meccanofori incorporati formano un collegamento strutturale, proprio come due pezzi di elementi di fissaggio in Velcro® vengono forzati insieme.
I materiali autorigeneranti hanno molte applicazioni pratiche. Gli scienziati hanno sperimentato superfici di veicoli spaziali che sigillano automaticamente pericolose rotture causate da impatti di meteoroidi o detriti spaziali. Anche gli aeroplani possono beneficiare di queste sostanze e possono beneficiare della resistenza alle crepe sulle superfici di controllo. Questi tipi di materiali possono essere utilizzati anche in prodotti simili alla gomma sintetica, al fine di prevenire l’usura e migliorare la durata del battistrada.