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這不是科幻電影，材料也能“愈合傷口”了

2019-08-27 15:10:25 來源：塑料機械網(wǎng)整理發(fā)布 閱讀量：26398 評論
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導(dǎo)讀：自修復(fù)材料目前仍處于研究階段，但是隨著對更多領(lǐng)域的應(yīng)用探索，自修復(fù)材料在未來或?qū)⒂瓉砀嗖实膽?yīng)用前景。

　　【塑料機械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】人體受傷了，細(xì)胞會自動進(jìn)行增殖修復(fù)，實現(xiàn)傷口愈合；材料破損了，卻只能將其更換。關(guān)于材料的自體修復(fù)是科學(xué)家們一直以來想要實現(xiàn)的目標(biāo)，但是與生物不同的是，材料既沒有生命，也沒有細(xì)胞活動，如何令其自我修復(fù)成為一個科研難題。
 
　　自修復(fù)材料，也稱為自愈合材料。自修復(fù)材料是智能材料的一個分支，它模擬了生物體損傷后自我修復(fù)的機理，其在受到損壞后，可以通過化學(xué)反應(yīng)或達(dá)到穩(wěn)定相修復(fù)自身，從而使其在修復(fù)甚至多次修復(fù)后仍具有與原始材料同樣優(yōu)異的性能。早關(guān)于自修復(fù)材料的猜想可以追溯到二十世紀(jì)六十年代，然而實現(xiàn)技術(shù)上的突破取得進(jìn)展則是在進(jìn)入21世紀(jì)之后。
 
　　自修復(fù)材料的種類
 
　　目前自修復(fù)涂層按修復(fù)類型劃分主要包括本征型自修復(fù)涂層和外援型自修復(fù)涂層。
 
　　本征型自我修復(fù)：包括紫外光引發(fā)自修復(fù)涂層、熱可逆交聯(lián)自修復(fù)涂層、層層組裝自修復(fù)聚合物膜。
 
　　在本征型自我修復(fù)機制下，不需外加修復(fù)體系，而是通過涂層材料本身含有的特殊化學(xué)鍵或其它物理化學(xué)性質(zhì)(如可逆共價鍵、非共價鍵、分子擴散等)實現(xiàn)自修復(fù)功能。目前用于自修復(fù)的體系有氫鍵、靜電相互作用、主客體相互作用、亞胺鍵、二硫鍵、雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、配位鍵等可逆結(jié)構(gòu)以及苯硼酸酯類自修復(fù)材料，除此之外疏水相互作用、結(jié)晶誘導(dǎo)、共軛作用、酰腙鍵、可逆自由基反應(yīng)等也都可實現(xiàn)材料的自修復(fù)。
 
　　外援型自修復(fù)：包括微膠囊自修復(fù)材料、碳納米管自修復(fù)材料、納米粒子自修復(fù)材料、微脈管自修復(fù)材料和中空纖維自修復(fù)材料。
 
　　外援型自修復(fù)材料主要通過外加其他材料即修復(fù)劑來完成自修復(fù)行為。該方法需將各種修復(fù)劑體系預(yù)先包埋，然后添加到基體中，材料受損時，在外界刺激(力、pH值、溫度等)作用下致使損傷區(qū)域的修復(fù)劑釋放，從而實現(xiàn)自修復(fù)。但是由于修復(fù)劑與凝膠基體屬于不同物質(zhì)，因此材料之間存在相界面，使修復(fù)后材料的機械性能受到影響，即修復(fù)后的材料性能較修復(fù)前有所下降。
 
　　其中，微膠囊自修復(fù)方法是目前自修復(fù)涂層領(lǐng)域應(yīng)用多的方法，當(dāng)基體或涂層材料受到損傷時膠囊破裂并釋放修復(fù)劑，當(dāng)修復(fù)劑遇到基體或涂層中的催化劑時發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，修復(fù)裂紋面。目前該方法已廣泛應(yīng)用于涂層材料領(lǐng)域。
 
　　自修復(fù)材料的應(yīng)用領(lǐng)域
 
　　自修復(fù)材料使用廣泛，在航空航天、軍用裝備、電子產(chǎn)品、海洋、交通、管道運輸、建筑材料、風(fēng)電設(shè)備等領(lǐng)域均有涉獵。
 
　　防腐領(lǐng)域：這一領(lǐng)域是自修復(fù)材料應(yīng)用的重要研究方向，作為具有防腐效果的自修復(fù)材料涂層，使用到大型設(shè)備的表面，可以減緩金屬的生銹。自修復(fù)防腐涂層在遭到外力破壞或損傷后，仍可自行恢復(fù)其原有的防腐效果，是一種新興的智能防護(hù)材料。
 
　　電子屏幕：在電子產(chǎn)品領(lǐng)域中，防腐材料正引起新的關(guān)注。尤其是智能手機和平板電腦屏幕上的應(yīng)用，使屏幕破碎不必更換或丟棄設(shè)備，也許讓它“曬曬太陽”就自然修復(fù)了。
 
　　零件自修復(fù)：機器設(shè)備內(nèi)部零件的磨損或破壞使機器運行受阻，更換繁瑣或零件造價昂貴造成成本上升，利用樹脂等其他材料二次修復(fù)易使零件本身結(jié)構(gòu)增重并改變部分性能，在核心零件等方面帶來的問題尤甚。目前瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)先進(jìn)復(fù)合材料工藝實驗室的研究人員，近開發(fā)出一種材料，可在結(jié)構(gòu)受到損傷后輕易實現(xiàn)自我修復(fù)。
 
　　自修復(fù)材料的發(fā)展趨勢
 
　　自修復(fù)材料目前仍處于研究階段，但是隨著對更多領(lǐng)域的應(yīng)用探索，自修復(fù)材料在未來或?qū)⒂瓉砀嗖实膽?yīng)用前景。就目前而言，關(guān)于自修復(fù)材料的發(fā)展趨勢主要在一下幾點：優(yōu)化和開發(fā)新的自修復(fù)體系；提高修復(fù)效率以及自修復(fù)循環(huán)次數(shù)；自修復(fù)功能的實現(xiàn)不影響基體材料的性能；自修復(fù)同時具有自診斷功能，使自修復(fù)聚合物材料成為真正意義上的仿生材料；從實驗室研究走向工程應(yīng)用。
 
　　結(jié)語
 
　　隨著科研的深入，自修復(fù)材料的種類還會更多，在提倡節(jié)約型社會、綠色低碳的當(dāng)下，自修復(fù)材料的研產(chǎn)和應(yīng)用正是順應(yīng)了時代的潮流。自修復(fù)材料從靈感雛形到逐步實現(xiàn)，其間經(jīng)過了多年的努力，人類的無限想象是人類進(jìn)行不斷探索的驅(qū)動力，對科技突破的渴望也將指引著人類持續(xù)鉆研。

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