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破鏡重圓 新材料或將科幻成為現實
2023年02月16日 13:32:31
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：6480
可以自由拉伸的電子器件，能夠實現自我修復的服飾、家居……在科幻電影中這些東西并不算少見。但與此同時，破鏡不能重圓又是我們認知中的自然規律，因此當我們在影視作品中看到這些自我修復的東西的時候，也會清楚的認知其“虛構”的性質，并對未來它們的出現報以幻想。不過，或許這種幻想距離實現已經非常近了。
【化工儀器網 行業百態】可以自由拉伸的電子器件，能夠實現自我修復的服飾、家居……在科幻電影中這些東西并不算少見。但與此同時，破鏡不能重圓又是我們認知中的自然規律，因此當我們在影視作品中看到這些自我修復的東西的時候，也會清楚的認知其“虛構”的性質，并對未來它們的出現報以幻想。不過，或許這種幻想距離實現已經非常近了。
近日，國科學院寧波材料技術與工程研究所朱錦團隊聯合韓國科研團隊根據觸覺細胞的機械刺激響應原理，模擬真實人類皮膚的自愈功能和生物離子信號傳遞機制，設計合成了一種含有動態二硫鍵功能基團和氯取代基的新型熱塑性聚氨酯材料。這種材料不但具備像人類皮膚一樣的彈性，同時還具備一定的自我修復功能，并且在修復的過程中，其本身的觸覺功能也會逐漸恢復。盡管這種材料目前尚處于實驗實間階段，但是在交通、醫療等場景已經體現出很廣闊的應用場景。例如這種材料應用到車胎的研發中，面對尖銳物體的刺破，車胎完全可以實現自我修復，從而避免了補胎等復雜的操作，更加方便安全。
事實上這也不是自修復材料第一次帶給我們驚喜。此前東南大學智能材料研究院的研究團隊就曾利用四芳基琥珀腈(TASN)和聚硅氧烷基液晶彈性體(LCE)，合成出能自愈合、再加工的并且可以隨著溫度變化而變形的TASN-LCE材料。而中國科學院寧波材料技術與工程研究所也研制出一種具備優異的拉伸性能和快速的室溫自修復能力的特殊聚氨酯材料。
因此，從科研的角度來說，自修復材料其實已經有了很長一段時間的研究歷史，并且其中的結果也不乏驚喜，只不過大部分還停留在實驗室階段，處于包括成本在內的各種考慮，所以與我們的生活非常遙遠。但由此來說，破鏡重圓在自修復材料的概念中，并非是天方夜譚。那么究竟自修復材料是如何實現修復的呢？其中的關鍵就在于“可逆動態鍵”。
一般來說，物品的破損是從微小的縫隙慢慢擴大開來的，而這個過程其實伴隨著分子結構的改變，這個結構的改變也伴隨著分子間連接件的斷裂，這也是為什么明明裂開的玻璃可以拼合起來，但不借助外力縫隙卻無法消失。換言之，如果物質內存在一個可以自由斷裂、恢復的“鏈接”，那么它就可以實現形態上的復原，可逆動態鍵所承擔的便是這個責任。當材料發生破損后，這些鍵能夠重新形成鍵合作用，從而在宏觀程度讓物體完成破損修復。
但是想要尋得合適的“可逆動態鍵”卻并不是一件易事，首先要確保其能夠在普通環境中實現可逆地斷裂和形成，其次要保證修復后物體在完好性以及功能性上不會存在缺陷。這也是為什么材料學領域一直有人投身進“可逆動態鍵”的相關研究中。而目前已知的可逆動態鍵主要有三類：范德華力、可逆共價鍵、超分子動態作用，它們有著各自的特點與優劣，在自修復材料的研究中均有著重要的位置。
回到現實本身，目前限制自修復材料產品化應用的壁壘主要還是加工難度以及加工難度帶來的成本，此外還有這整體使用壽命的缺陷等小問題。而隨著技術的不斷發展，未來等到這些問題一一被解決，如同科幻電影中刻畫的自修復產品或許也會在我們的生活中，出現并慢慢普及開來。
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