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破鏡重圓 新材料或?qū)⒖苹贸蔀楝F(xiàn)實
2023年02月16日 13:32:31
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：6520
可以自由拉伸的電子器件，能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復(fù)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(rèn)知中的自然規(guī)律，因此當(dāng)我們在影視作品中看到這些自我修復(fù)的東西的時候，也會清楚的認(rèn)知其“虛構(gòu)”的性質(zhì)，并對未來它們的出現(xiàn)報以幻想。不過，或許這種幻想距離實現(xiàn)已經(jīng)非常近了。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】可以自由拉伸的電子器件，能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復(fù)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(rèn)知中的自然規(guī)律，因此當(dāng)我們在影視作品中看到這些自我修復(fù)的東西的時候，也會清楚的認(rèn)知其“虛構(gòu)”的性質(zhì)，并對未來它們的出現(xiàn)報以幻想。不過，或許這種幻想距離實現(xiàn)已經(jīng)非常近了。
近日，國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所朱錦團隊聯(lián)合韓國科研團隊根據(jù)觸覺細胞的機械刺激響應(yīng)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(shè)計合成了一種含有動態(tài)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(fù)功能，并且在修復(fù)的過程中，其本身的觸覺功能也會逐漸恢復(fù)。盡管這種材料目前尚處于實驗實間階段，但是在交通、醫(yī)療等場景已經(jīng)體現(xiàn)出很廣闊的應(yīng)用場景。例如這種材料應(yīng)用到車胎的研發(fā)中，面對尖銳物體的刺破，車胎完全可以實現(xiàn)自我修復(fù)，從而避免了補胎等復(fù)雜的操作，更加方便安全。
事實上這也不是自修復(fù)材料第一次帶給我們驚喜。此前東南大學(xué)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(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所也研制出一種具備優(yōu)異的拉伸性能和快速的室溫自修復(fù)能力的特殊聚氨酯材料。
因此，從科研的角度來說，自修復(fù)材料其實已經(jīng)有了很長一段時間的研究歷史，并且其中的結(jié)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(nèi)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(fù)材料的概念中，并非是天方夜譚。那么究竟自修復(fù)材料是如何實現(xiàn)修復(fù)的呢？其中的關(guān)鍵就在于“可逆動態(tài)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(jié)構(gòu)的改變，這個結(jié)構(gòu)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(zhì)內(nèi)存在一個可以自由斷裂、恢復(fù)的“鏈接”，那么它就可以實現(xiàn)形態(tài)上的復(fù)原，可逆動態(tài)鍵所承擔(dān)的便是這個責(zé)任。當(dāng)材料發(fā)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(fù)。
但是想要尋得合適的“可逆動態(tài)鍵”卻并不是一件易事，首先要確保其能夠在普通環(huán)境中實現(xiàn)可逆地斷裂和形成，其次要保證修復(fù)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(xué)領(lǐng)域一直有人投身進“可逆動態(tài)鍵”的相關(guān)研究中。而目前已知的可逆動態(tài)鍵主要有三類：范德華力、可逆共價鍵、超分子動態(tài)作用，它們有著各自的特點與優(yōu)劣，在自修復(fù)材料的研究中均有著重要的位置。
回到現(xiàn)實本身，目前限制自修復(fù)材料產(chǎn)品化應(yīng)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(shù)的不斷發(fā)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(fù)產(chǎn)品或許也會在我們的生活中，出現(xiàn)并慢慢普及開來。
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