自癒合聚合物

自癒合聚合物是一類能進行自我修復的新材料，該材料有助於提高塑膠部分的壽命和安全性。

基本介紹

• 中文名：自癒合聚合物
• 外文名：Self-healing Polymer
• 適用領域：生物材料
• 所屬學科：材料

材料介紹

自癒合聚合物材料是受自我修復生物體系的觸發而發展的，這是一個新興迷人的研究領域，可以明顯拓寬聚合物材料的工作壽命和廣泛套用的安全性。

自癒合聚合物

發展歷史

自癒合聚合物自癒合聚合物材料是在20世紀80年代被提出的，這是一種為延長聚合物使用壽命和治癒無形微裂紋的手段。White等在2001年報導的關於這方面的研究激發了世界對這一材料的廣泛興趣。如美國航空局和歐洲航空局都對此方法和材料給予了高度的關注。與此同時，2007年2月在荷蘭的代爾夫特技術大學還舉行了關於自癒合材料的第一屆國際會議。

機理

從機理上講，自癒合聚合物材料本身就具有恢復材料的載荷傳遞能力，這種恢復可以是自主地發生，也可以是被一個具體的刺激物所激發的，例如熱量的輻射等。因此，這些材料的套用將極大地促進高聚物組分的安全性和耐久性而不需在監測或外部修理上花費較大成本。這一系列智慧型材料的研發過程的靈感來源於仿生系統。一個仿生材料的例子是血管出血的癒合劑，這就是由自我修復的複合材料製成的，由Dry 和Sottos提出。這些材料還可以用來治癒由其它裂解誘導的殘餘應力或是纖維粘結所造成的損害。

相關新材料

自癒合橡塑材料

2011年，以瑞士弗里堡大學的材料科學家ChristophWeder為首的一個研究小組開發出一種暴露在紫外光下可“自癒合”的橡塑材料。最終這種材料有望被用於清漆、塗料或手機外殼中。

Weder和他的開發小組在塑膠上做出一道深刮痕後，只需用集中紫外光對著照射即可修復。紫外光僅加熱刮痕周圍的區域，只需短短一分鐘就能消除刮痕。

之所以能實現自我癒合，其秘訣在於聚合物的特殊結構。傳統型聚合物是由被強大的共價鍵附著的長鏈狀分子所組成的。而Weder開發出的塑膠則是穿插鋅或鑭離子的較短的分子結構。在固態下，其分子構成有粘性的“金屬坐標”聯結物，其長鏈結構可有效地與金屬離子相連。當在塑膠上照射紫外光時，紫外光被金屬離子吸收後轉化為熱量-這股熱量足以融化局部區域並修復斷裂。

在測試中，Weder的研究小組在他們開發的一塊400微米厚的塑膠上劃出了一道200多微米深的刮痕。在紫外光下照射兩次，每次30秒後，刮痕就被修復了。

能自動重組的自癒合聚合物

2013年，西班牙聖塞瓦斯蒂安電化學技術中心的研究人員成功研製出首個自癒合聚合物，它被譽為是第一款無須外來干預就能進行自我修復的聚合物。研究人員稱，聚合物被切割成兩半後，它們會重新聚攏到一起，一個樣本在2個小時內能夠完成97%的自我修復。

科學家稱，用這種材料製成的單個組件，即使用手使勁拉伸，也不會斷掉。他們表示：“這種材料在室溫環境下能進行有效的自我修復，不用加熱或光照等任何額外的外來干預。”他們表示，從電子元件到住宅，該材料有助於提高塑膠部分的壽命和安全性。類似聚合物已經被套用到很多商品中，這種新型聚合物“具有很大的商業潛力，便於真正的商業套用。”