Материал, изобретенный специалистами из Университета Новой Каролины, относится к классу углепластиков, которые ценятся за высокое соотношение прочности и веса. Основная проблема таких материалов известна еще с 30-х годов. Это расслоение, или образование трещин между слоями волокон и полимерной матрицы. Новая технология направлена на решение именно этой проблемы.

Самовосстанавливающийся композит внешне похож на обычный, но содержит два ключевых дополнения. Во-первых, с помощью 3D-печати на волокнистую основу наносится термопластичный полимерный слой-заплатка, который сам по себе делает материал в 2-4 раза более устойчивым к расслоению. Во-вторых, в материал встроены тонкие углеродные нагревательные элементы, которые при подаче электрического тока расплавляют полимерный агент. Расплав заполняет трещины и скрепляет расслоившиеся поверхности, восстанавливая прочность конструкции.

Для оценки долговечности технологии была создана автоматизированная испытательная система. Тысячу раз подряд она создавала в образце трещину длиной 50 мм, а затем активировала процесс заживления, каждый раз замеряя прочность материала после восстановления. Эксперимент длился 40 дней непрерывной работы.

Результаты показали, что изначально новый композит значительно прочнее обычного. Даже после 500 циклов повреждения и восстановления он остается более устойчивым к расслоению, чем традиционные аналоги. Хотя со временем эффективность восстановления медленно снижается, этот процесс происходит очень постепенно. Моделирование свидетельствует, что материал сохранит способность к самовосстановлению на чрезвычайно длительных промежутках времени.

В реальных условиях активация восстановления будет происходить только после повреждения материала (например, от града или столкновения с птицами) или во время планового обслуживания. По расчетам, при ежеквартальной активации материал может прослужить 125 лет, а при ежегодной — до 500 лет. Это особенно важно для труднодоступных конструкций, таких как космические аппараты или лопасти ветрогенераторов, где традиционный ремонт сложен или невозможен.

Технология уже запатентована и лицензирована через стартап Structeryx Inc. Разработчики подчеркивают, что их подход совместим с существующими процессами производства композитов и готов к внедрению в промышленность.

Волокна целлюлозы — самый распространенный природный полимер. Внутри каждого волокна — крошечные кристаллы, цепочки органических полимеров, более прочные и твердые, чем кевлар. Инженеры из MIT создали из них композитный материал, в котором доля кристаллов составляет рекордные 60–90%.