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這不是科幻電影，材料也能“愈合傷口”了
2019-08-28 08:57:49塑料機(jī)械網(wǎng)整理發(fā)布閱讀量：451 我要評(píng)論
【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 新品動(dòng)態(tài)】人體受傷了，細(xì)胞會(huì)自動(dòng)進(jìn)行增殖修復(fù)，實(shí)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(lái)想要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，但是與生物不同的是，材料既沒(méi)有生命，也沒(méi)有細(xì)胞活動(dòng)，如何令其自我修復(fù)成為一個(gè)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(gè)分支，它模擬了生物體損傷后自我修復(fù)的機(jī)理，其在受到損壞后，可以通過(guò)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(shí)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(jī)制下，不需外加修復(fù)體系，而是通過(guò)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(jià)鍵、非共價(jià)鍵、分子擴(kuò)散等)實(shí)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(shí)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(guò)外加其他材料即修復(fù)劑來(lái)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(shí)，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(shí)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(jī)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(shí)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(shí)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(yùn)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(jī)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(yáng)”就自然修復(fù)了。
零件自修復(fù)：機(jī)器設(shè)備內(nèi)部零件的磨損或破壞使機(jī)器運(yùn)行受阻，更換繁瑣或零件造價(jià)昂貴造成成本上升，利用樹(shù)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(lái)的問(wèn)題尤甚。目前瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)*復(fù)合材料工藝實(shí)驗(yàn)室的研究人員，近開(kāi)發(fā)出一種材料，可在結(jié)構(gòu)受到損傷后輕易實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。
自修復(fù)材料的發(fā)展趨勢(shì)
自修復(fù)材料目前仍處于研究階段，但是隨著對(duì)更多領(lǐng)域的應(yīng)用探索，自修復(fù)材料在未來(lái)或?qū)⒂瓉?lái)更多彩的應(yīng)用前景。就目前而言，關(guān)于自修復(fù)材料的發(fā)展趨勢(shì)主要在一下幾點(diǎn)：優(yōu)化和開(kāi)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(shí)現(xiàn)不影響基體材料的性能；自修復(fù)同時(shí)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(shí)驗(yàn)室研究走向工程應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)
隨著科研的深入，自修復(fù)材料的種類還會(huì)更多，在提倡節(jié)約型社會(huì)、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(shí)代的潮流。自修復(fù)材料從靈感雛形到逐步實(shí)現(xiàn)，其間經(jīng)過(guò)了多年的努力，人類的無(wú)限想象是人類進(jìn)行不斷探索的驅(qū)動(dòng)力，對(duì)科技突破的渴望也將指引著人類持續(xù)鉆研。
原標(biāo)題：這不是科幻電影，材料也能“愈合傷口”了
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