自修复质料的特点是可以识别损害的呈现，并立即停止自我修复。那类质料可在确保物品利用平安性和完好性的同时，降低维护成本、耽误物品寿命。

——墨锦 中国科学院宁波质料手艺与工程研究所研究员

【走近超质料②】

◎练习记者 苏菁菁

从钢铁侠能够主动愈合的战衣，到阿丽塔全身可拉伸的电子器件组拆，自修复质料在科幻做品中非常常见。

自修复质料又称自愈合质料，是一种受损后可以停止自我修复的新型质料。“自修复质料的特点是可以识别损害的呈现，并立即停止自我修复。那类质料可在确保物品利用平安性和完好性的同时，降低维护成本、耽误物品寿命。”中国科学院宁波质料手艺与工程研究所研究员墨锦近日在承受科技日报记者采访时说。从电子产物到汽车飞机，再到建筑建材，自修复质料的应用前景非常宽广。那么，关于自修复质料有哪些立异性研究，其财产化前景若何？

内含可逆动态键，能停止自我修复

在利用过程中，物品会不成制止地呈现损伤，严峻时会产生较大尺寸的裂痕并断裂，影响质料的利用效率与寿命。以自修复质料造造的物品呈现损伤后，不需要或者只需很少的干涉，破损处就能主动修复。受生物学中的自修复现象启发，人们起头设想自修复高分子质料，那类质料能够自行发现裂纹，并通过必然机理将裂纹从头填补、自行修复，有效耽误质料的利用寿命，具有重要的科学意义和应用价值。

墨锦暗示，物品的损坏凡是从藐小的外表裂痕起头，那些细缝人眼是无法发现的。那些裂痕构成后会不竭扩大，那将削弱质料的原始性能，曲到最初完全无法利用。而自修复质料可以很好地制止上述情况的呈现，将裂痕扼杀在摇篮里。

按照修复体例的差别，能够将自修复质料分为外援型自修复与本征型自修复两类。外援型自修复指通过在质料内部或外表添加功用性载体实现自修复，其修复效率和载体与基材间的相容性、载体的分离平均性、载体中修复剂的含量亲近相关。液芯纤维型自修复高分子质料就是典型的外援型自修复质料，其修复机理是在纤维中包裹可反响的修复剂，当质料破损后，修复剂外溢到基体质料中，通过修复剂和基体质料之间的固化交联反响对裂纹停止填充和修复。

本征型自修复指操纵质料内部具有能停止可逆性化学反响的分子构造实现自我修复，那类修复体例常常需要光、热、电磁、湿度等特定前提引发。材料显示，目前已有基于氢键、配位键、二硫键和硼酸酯键等多种本征型自修复聚硅氧烷质料，在电子封拆、柔性器件、智能涂层等范畴有较宽广的应用前景。

墨锦告诉记者，自修复质料之所以可以“破镜重圆”，是因为那些质料内部含有可逆动态键，即质料发作断裂时，那些键互相之间可以从头构成键合感化，从而在宏不雅上实现自我修复。“可逆动态键大致可分红以下三类，第一类是范德华力，第二类是可逆共价键，第三类是超分子动态感化。”墨锦说。

范德华力一般指分子间的感化力，凡是是较弱的。但当范德华力聚集在一个聚合物内且按统一标的目的摆列时，即可累积足够大的力量使质料停止自修复。可逆共价键是一类能在特定前提下实现可逆断裂与重组的共价键。在聚合物基体中引入可逆共价键，在外界前提的刺激下，聚合物可快速、高效自修复，那有助于耽误聚合物质料的利用寿命。超分子动态感化是一种非共价键感化，大量的超分子聚集在一路能够构成机械强度高的动态系统，基于超分子动态感化修建自修复质料也获得了学界的存眷。

手艺不竭深切，立异功效屡见不鲜

跟着研究不竭深切、手艺不竭前进，自修复质料范畴涌现出越来越多的立异功效，自修复质料品种也不竭增加。此前，中国科学院宁波质料手艺与工程研究所王立平研究员和赵海超研究员以天然蛛丝和珍珠为灵感，通过协同将柔性二硫键和动态六氢键参加聚氨酯(PU)中，开发出一种具有超高强度和韧性的室温自修复超分子质料。同时，在具有动态多氢键的氧化石墨烯纳米片与PU基体之间的界面引入了丰硕的氢键，从而供给了强大的界面彼此感化。那种具有反向人工珍珠层构造的含脲PU质料具有创纪录的机械强度和韧性，优良的拉伸性能和快速的室温自修复才能。

东南大学智能质料研究院院长李全传授团队操纵四芳基琥珀腈(TASN)和聚硅氧烷基液晶弹性体(LCE)，合成TASN-LCE质料。他们用那种质料构建的海星状软驱动器，不只能够跟着温度变革而变形，还能自愈合、再加工。

近期，墨锦团队结合韩国科研团队按照触觉细胞的机械刺激响应原理，模仿实在人体皮肤的自愈功用和生物离子信号传递机造，设想合成了一种含有动态二硫键功用基团和氯代替基的新型热塑性聚氨酯质料，那一质料拥有像人体皮肤一样的弹性且具有自我修复才能，灵敏的触觉功用能够跟着伤口的愈合而恢复。

“为了进修人体的‘离子信号传输机造’以停止外力的感知，同时婚配人体感知所要求的高灵敏度和耐用性，我们在自修复聚氨酯的构造中导入了‘离子抓取位点’，合理调控硬相区和软相区的构造比例，并将离子液体填入做为离子传输介量，最末得到了一系列耐用的自修复聚氨酯质料。”墨锦说。

尚处尝试室阶段，但将来前景宽广

从研发屏幕折痕自我修复显示手艺，到研造外形记忆合金自修复质料；从自修复的陶瓷有望提拔飞翔平安性，到力学可调的系列自愈合聚氨酯弹性体改善手术效果，自修复质料的利用场景与应用范畴非常宽广。

墨锦说：“车胎被锋利物品刺穿是常有的事。但是若是内胎是由自修复质料造备的话，那么车胎将会主动恢复初始性能，补胎将会退出我们的生活。将来，具有自修复功用的车衣膜能够使汽车外表划痕主动消逝，降低维护成本。”墨锦暗示，目前自修复质料多处于科研阶段，鲜有可以实现财产化的企业。“但是英国出名研究公司IDTechEx发布了业界首份关于自修复质料手艺及市场的综合陈述，到2042年，自修复质料的市场将到达数十亿美圆。”墨锦说。

墨锦告诉记者，在他看来，将来有前景的研究范畴可能在如下几个方面：一是新型自修复的动态键的构造设想与性能研究。争取开发新的动态键，在包管质料原始性能的同时，力图自愈合效率的更大化。二是自修复质料的多功用化研究，自修复质料在利用过程中，往往需要兼顾其他性能，例如防汗、抗菌、生物相容等。多功用的集成化，有助于增加自修复质料的应用价值和场景。三是自修复质料的综合性能与应用场景的婚配性研究。“我们需要按照应用场景的现实情况，来设想自修复质料需要具备的其他性能，力图质料利用寿命的更大化和高度婚配性。只要实现详细应用，才气表现质料的价值。”墨锦说。 （科技日报）