Selbstheilende Materialien sind Substanzen, die in der Lage sind, strukturelle Risse oder andere Schäden automatisch zu reparieren, eine Fähigkeit, die die Nutzungsdauer eines Produkts erheblich verlängern und in einigen Fällen dazu beitragen kann, Menschen vor Schäden zu schützen. Viele selbstreparierende Produkte wurden von biologischen Prozessen inspiriert, die lebenden Körpern die Heilung ermöglichen. Durch die Beobachtung der natürlichen Heilungsaktivität auf mikroskopischer Ebene haben Wissenschaftler mehrere Methoden entwickelt, um diese nützliche Fähigkeit in künstlichen Substanzen zu replizieren. Es gibt verschiedene Arten von selbstheilenden Produkten, und mehrere Ansätze können verwendet werden, um diese Materialien herzustellen. Unabhängig von der Struktur sind selbstreparierende Objekte alle so konzipiert, dass sie ohne menschliches Eingreifen funktionieren.
Eine Art von selbstreparierendem Produkt ist als mikroverkapseltes System bekannt. Diese selbstheilenden Materialien wurden speziell entwickelt, um winzige Risse, die in Polymeren auftreten, zu reparieren. Diese Schäden, die manchmal auch als „Mikrorisse“ bezeichnet werden, können durch mechanischen Verschleiß oder thermische Belastung verursacht werden. Mikroverkapselte Materialien enthalten ein chemisches Mittel, das so formuliert ist, dass es die Polymerstruktur wiederaufbaut und verstärkt. Eine Epoxidschicht enthält diese verstärkenden Chemikalien in winzigen Taschen, und das Mittel beginnt sich auszubreiten, wenn strukturelle Schäden zum Platzen der kleinen Kapseln führen.
Mikrovaskuläre Systeme sind eine weitere Vielfalt von selbstheilenden Materialien. Wie bei mikroverkapselten Lösungen verwendet diese Art von Material ein heilendes Mittel, das bis zum Gebrauch zurückgehalten wird. Anstatt sich in winzigen Kapseln gleichmäßig über eine Oberfläche zu verteilen, werden die hilfreichen Chemikalien jedoch in künstlichen „Adern“ oder Kanälen platziert, die das Material wabenförmig bilden. Durch diese venenähnliche Struktur können Chemikalien kontinuierlich in einen rissigen Bereich gepumpt werden, was dazu beiträgt, anhaltende Schäden zu verhindern.
Eine dritte Methode, mit der selbstheilende Materialien hergestellt werden können, verwendet mechanochemisch aktive Polymere. Dieser Ansatz ähnelt der Art und Weise, wie menschliche Knochen beginnen, sich nach einem Bruch selbst zu reparieren. Bei dieser Methode werden Polymere erzeugt, die Cluster von Molekülen enthalten, die als „Mechanophore“ bezeichnet werden. Diese Cluster neigen von Natur aus dazu, sich mit anderen ähnlichen Molekülen zu verbinden. Wenn ein Polymer durch Stress beeinflusst wird, bilden die eingebetteten Mechanophore eine strukturelle Verbindung, ähnlich wie zwei Klettverschlüsse, die zusammengedrückt werden.
Selbstheilende Materialien haben viele praktische Anwendungen. Wissenschaftler haben mit Oberflächen von Raumfahrzeugen experimentiert, die gefährliche Brüche, die durch Meteoriteneinschläge oder Weltraumschrott verursacht werden, automatisch abdichten. Auch Flugzeuge können von diesen Substanzen profitieren und von der Rissbeständigkeit der Steuerflächen profitieren. Diese Arten von Materialien können auch in synthetischen gummiähnlichen Produkten verwendet werden, um Verschleiß zu verhindern und die Laufflächenlebensdauer zu verbessern.