Asfalt en bitumendag 2010

Zelf herstellende materialen; het concept en de uitvoering Sybrand van der Zwaag TU Delft / IOP Self Healing Materials

Materiaalontwikkeling over 120 eeuwen After M.F. Ashby

Een objectievere vergelijking Metal Plastics (- plastic surgery) Plastics (pure) Wood Silicon Concrete Asphalt Holiday Money More Less Google search :May 2 nd 2010 # of Google hits *

Hoe maken we nu betere materialen ? Time Performance original Improved grade

Kenmerken van hedendaagse constructie materialen Atomen en molecules worden direct goed op hun plek gelegd en moeten daar dan ook blijven We ontwerpen op het voorkomen van schade Voorkomen is beter dan genezen

Materiaalgedrag in de praktijk

Time Performance Time dependent degradation Cracking Ingress agressieve substances Lessen uit de natuur

Oppervlakteschade in de natuur

Materialen in de natuur Materialen zijn onderdeel van het geheel. Optimalisatie is op basis van maximale levensduur tegen de laagste energie kosten. Schade beheersingDe natuur ontwerpt op basis van Schade beheersing herstellen is beter dan voorkomen !

Hoe ontwerpen we Zelf herstellende materialen we maken gebruik van de oude kennis we realiseren ons dat voor zelf herstel we nodig hebben: Tot slot houden we bij het ontwerp rekening met de kenmerken van het materiaal beweeglijkheid tijdelijke plaatselijke

Eenmalig herstel Time Performance Existing materials Self healing material Existing materials

Meervoudig herstel Time Performance original improvement Multiple self healing Drop should be compared to effect of ‘safety factor’

Multiple self healing example > 2000 years old < 50 years old

Een vloeibaar reparatiemiddel

The Scott White approach = epoxy = liquid adhesive capsule = catalyst S.R. White et al, Nature 2002

Just cracked

5 seconds later

1 minute later = crosslinking adhesive

45 minutes later = fully crosslinked adhesive

Self-Healing Epoxy 2.5 wt% Grubbs catalyst 5 wt% microcapsules Healing conditions: room temperature, 48 h  = 90.3%

Chemische bindingen die zich zelf weer herstellen

Molecular processes in reversible networks (Diels –Alder reactions) + + furan-malemide

Self healing coatings based on quadrupole hydrogen bonding Requires an external temperature increase

The future is nearer than you may think

Zelf Herstellende Metalen

Vermoeiingschade in vliegtuigen

Hoe voorkomen we de vorming van scheuren in aluminium legeringen? 1. Short crack initiation 2-5. Interaction with mobile dislocation saturated with solute 6. Precipitate in prior crack site causes crack closure Schut, van Dijk, vd Zwaag

Het bewijs dat het kan. + deformation + time

Zelf herstellende coatings op turbine bladen

Self healing in Thermal Barrier Coatings on turbine blades

PYSZ (6-8wt%) Ni/Co-CrAlY Ni-based superalloy alumina TBC TGO Substrate BC The thermal barrier coating system

Cracked sample Ti3AlC2

Detail of healed crack in TiAlC ceramic Na 7 keer breken toch terug op de oude sterkte

Zelf herstellend beton

De hulp van bacteriën Spore forming alkaliphylic bacteria

Bacterial healing concrete 50% Copious and fast CaCO 3 production on crack surface 2 Ca(CHO 2 ) O 2 >> >> 2 CaCO CO H 2 O

Bacterial concrete healing Before After 0.15 mm crack width

Impregnation techniques to image the effect of healing Self healing in concrete

Slotopmerking

Dankzij uw belastinggeld is Nederland nu vooraanstaand in de wereld op het gebied van zelf herstellende materialen 72 Nederlandse bedrijven en 5 universiteiten zijn al betrokken bij het onderzoek De verfindustrie heeft al zijn eerste commerciële product, De betonindustrie is aardig op weg De asfaltindustrie biedt veel mogelijkheden (en komt eraan)