Asfalt en bitumendag 2010. Zelf herstellende materialen; het concept en de uitvoering Sybrand van der Zwaag TU Delft / IOP Self Healing Materials.

Presentatie over: "Asfalt en bitumendag 2010. Zelf herstellende materialen; het concept en de uitvoering Sybrand van der Zwaag TU Delft / IOP Self Healing Materials."— Transcript van de presentatie:

1 Asfalt en bitumendag 2010

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

3 Materiaalontwikkeling over 120 eeuwen After M.F. Ashby

4 Een objectievere vergelijking Metal330 10 6 Plastics170 10 6 (- plastic surgery) 44 10 6 Plastics (pure)126 10 6 Wood232 10 6 Silicon 44 10 6 Concrete 76 10 6 Asphalt 16 10 6 Holiday 234 10 6 Money 678 10 6 More 4.020 10 6 Less 597 10 6 Google search :May 2 nd 2010 # of Google hits *

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

6 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

7 Materiaalgedrag in de praktijk

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

9 Oppervlakteschade in de natuur

10 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 !

11 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

12 Eenmalig herstel Time Performance Existing materials Self healing material Existing materials

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

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

15 Een vloeibaar reparatiemiddel

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

17 Just cracked

18 5 seconds later

19 1 minute later = crosslinking adhesive

20 45 minutes later = fully crosslinked adhesive

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

22 Chemische bindingen die zich zelf weer herstellen

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

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

25 The future is nearer than you may think

26 Zelf Herstellende Metalen

27 Vermoeiingschade in vliegtuigen

28 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. 1 2 3 4 5 6 Schut, van Dijk, vd Zwaag

29 Het bewijs dat het kan. + deformation + time

30 Zelf herstellende coatings op turbine bladen

31 Self healing in Thermal Barrier Coatings on turbine blades

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

33 Cracked sample Ti3AlC2

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

35 Zelf herstellend beton

36 De hulp van bacteriën Spore forming alkaliphylic bacteria

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

38 Bacterial concrete healing Before After 0.15 mm crack width

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

40 Slotopmerking

41 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)