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神奇材料会疗伤
手机屏幕不小心摔裂了,静置一两天,又变成完整的一块；爱车车身被剐出刺眼的伤痕,放在太阳下晒晒,很快就平滑如新……这些听起来很天方夜谭的事,正在成为现实.
从很久以前开始,人们就梦想着能让物体自动复原的技术.上世纪60 年代,科学家提出了自修复材料的构想.顾名思义,这种材料不需要咱们动手修补,有什么损伤自己就能“ 治愈”,像生物体一样会“ 疗伤”！经过几十年的探索,2001 年,首款自愈合材料在美国诞生；到了今天,已有多种自修复材料被发明出来并运用于实际.
自修复技术的核心是物质补给和能量补给,据此自修复材料可划分成两大类：一类是在材料内部添加装有修复剂的纤维或微型胶囊；另一类则是通过加热、光照等提供能量,使材料发生结晶、交联,或在表面形成薄膜,从而完成修复.下面咱们就来具体看看吧.
这类材料以水泥为基体,加入钢丝短纤维增强韧性,此外还要嵌入最最关键的组件——玻璃纤维管,纤维管内装有黏性极强的缩醛高分子溶液作为修复剂.当水泥出现裂纹时,部分纤维管就会破裂,修复剂流出,将裂开处重新黏合.
可以想象,如果桥梁、大楼使用这种自修复混凝土来建造,使用寿命和安全性必将大大提升.
磨损是导致金属材料失效的最重要因素,因此目前金属自修复材料主要针对磨损来设计.它由多种矿物、添加剂和催化剂组成,外观是一种超细粉末.
这种材料不会与油类发生化学反应,也不会改变油的黏度和性质,所以一般是添加在润滑油脂中使用.材料中的超细粉末跟着油脂一起被涂抹到产生摩擦的工作面上,形成一层保护层,不仅能及时修补金属零件表面的缝隙,还能降低摩擦振动,减少噪声,节约能源.
前面提到的裂屏自修复手机,用的正是高分子自修复材料.这类材料又分很多种,“ 疗伤”方法也各不相同.比如美国和日本合作开发的一种聚合物,通过紫外线照射来获得能量,从而自我“ 治愈”.它的原理是利用聚合物中硫原子和碳原子的特殊结合方式,通过光照引发链式反应,使原子之间反复地形成共价键.这款材料自修复能力极强,即使被切成碎块,只要将切开的边缘紧紧压在一起,用紫外线照一照,碎片就会重新“长”成一块.
澳大利亚研发的一种自修复材料,则是以支链淀粉、水和盐为原料,利用淀粉和溶剂之间的氢键相互作用来实现修复.这种材料在室温下只要两三秒钟即可完成愈合,此外它还可塑、可打印、可再生,导电性能良好,而且成本低廉,绿色环保.研究团队将它用在电路修复、可穿戴传感器和柔性电子器件上,效果都很不错.
高分子自修复材料未来的发展,必然会向着智能化迈进,通过模拟生物系统的能力,“ 感知”材料中的损伤,进行定点修复.在这方面,美国研究者已率先取得突破.他们最新研制出的“ 自适应结构”材料,使用“形状-记忆”高分子原料,结合嵌入式光导纤维网络,具备损伤探测传感和热刺激传递功能,就像人类的骨骼一样.只要一束激光,经由光导纤维传播,使材料局部变热,就能激发其修复机制.
随着研究的不断深入,自修复材料一定会在越来越多领域得到应用,就连目前备受关注的人造皮肤,首选材料也是可拉伸的自修复膜呢.期待“万物皆可自修复”的魔法世界早日到来！
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