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这不是科幻电影,材料也能“愈合伤口”了

2019-08-27 15:10:25来源:塑料机械网整理发布 阅读量:23630

  【塑料机械网 科技创新】人体受伤了,细胞会自动进行增殖修复,实现伤口愈合;材料破损了,却只能将其更换。关于材料的自体修复是科学家们一直以来想要实现的目标,但是与生物不同的是,材料既没有生命,也没有细胞活动,如何令其自我修复成为一个科研难题。
 
  自修复材料,也称为自愈合材料。自修复材料是智能材料的一个分支,它模拟了生物体损伤后自我修复的机理,其在受到损坏后,可以通过化学反应或达到稳定相修复自身,从而使其在修复甚至多次修复后仍具有与原始材料同样优异的性能。最早关于自修复材料的猜想可以追溯到二十世纪六十年代,然而实现技术上的突破取得进展则是在进入21世纪之后。
 
  自修复材料的种类
 
  目前自修复涂层按修复类型划分主要包括本征型自修复涂层和外援型自修复涂层。
 
  本征型自我修复:包括紫外光引发自修复涂层、热可逆交联自修复涂层、层层组装自修复聚合物膜。
 
  在本征型自我修复机制下,不需外加修复体系,而是通过涂层材料本身含有的特殊化学键或其它物理化学性质(如可逆共价键、非共价键、分子扩散等)实现自修复功能。目前用于自修复的体系有氢键、静电相互作用、主客体相互作用、亚胺键、二硫键、双网络结构、配位键等可逆结构以及苯硼酸酯类自修复材料,除此之外疏水相互作用、结晶诱导、共轭作用、酰腙键、可逆自由基反应等也都可实现材料的自修复。
 
  外援型自修复:包括微胶囊自修复材料、碳纳米管自修复材料、纳米粒子自修复材料、微脉管自修复材料和中空纤维自修复材料。
 
  外援型自修复材料主要通过外加其他材料即修复剂来完成自修复行为。该方法需将各种修复剂体系预先包埋,然后添加到基体中,材料受损时,在外界刺激(力、pH值、温度等)作用下致使损伤区域的修复剂释放,从而实现自修复。但是由于修复剂与凝胶基体属于不同物质,因此材料之间存在相界面,使修复后材料的机械性能受到影响,即修复后的材料性能较修复前有所下降。
 
  其中,微胶囊自修复方法是目前自修复涂层领域应用最多的方法,当基体或涂层材料受到损伤时胶囊破裂并释放修复剂,当修复剂遇到基体或涂层中的催化剂时发生交联固化反应,修复裂纹面。目前该方法已广泛应用于涂层材料领域。
 
  自修复材料的应用领域
 
  自修复材料使用广泛,在航空航天、军用装备、电子产品、海洋、交通、管道运输、建筑材料、风电设备等领域均有涉猎。
 
  防腐领域:这一领域是自修复材料应用的重要研究方向,作为具有防腐效果的自修复材料涂层,使用到大型设备的表面,可以减缓金属的生锈。自修复防腐涂层在遭到外力破坏或损伤后,仍可自行恢复其原有的防腐效果,是一种新兴的智能防护材料。
 
  电子屏幕:在电子产品领域中,防腐材料正引起新的关注。尤其是智能手机和平板电脑屏幕上的应用,使屏幕破碎不必更换或丢弃设备,也许让它“晒晒太阳”就自然修复了。
 
  零件自修复:机器设备内部零件的磨损或破坏使机器运行受阻,更换繁琐或零件造价昂贵造成成本上升,利用树脂等其他材料二次修复易使零件本身结构增重并改变部分性能,在核心零件等方面带来的问题尤甚。目前瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)先进复合材料工艺实验室的研究人员,最近开发出一种材料,可在结构受到损伤后轻易实现自我修复。
 
  自修复材料的发展趋势
 
  自修复材料目前仍处于研究阶段,但是随着对更多领域的应用探索,自修复材料在未来或将迎来更多彩的应用前景。就目前而言,关于自修复材料的发展趋势主要在一下几点:优化和开发新的自修复体系;提高修复效率以及自修复循环次数;自修复功能的实现不影响基体材料的性能;自修复同时具有自诊断功能,使自修复聚合物材料成为真正意义上的仿生材料;从实验室研究走向工程应用。
 
  结语
 
  随着科研的深入,自修复材料的种类还会更多,在提倡节约型社会、绿色低碳的当下,自修复材料的研产和应用正是顺应了时代的潮流。自修复材料从灵感雏形到逐步实现,其间经过了多年的努力,人类的无限想象是人类进行不断探索的驱动力,对科技突破的渴望也将指引着人类持续钻研。

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