奇妙的材料之二：自我修复的高分子材料——能再生的塑料

想象一下：汽车能自我修复刮痕，不需再次喷漆，不用织补沙发座椅；大桥不会老旧，桥墩和桥梁能自我翻新；飞机的机翼和机身能不断自我更新，永不磨损和锈蚀，乘坐永远舒适、安全。...



想象一下：汽车能自我修复刮痕，不需再次喷漆，不用织补沙发座椅；大桥不会老旧，桥墩和桥梁能自我翻新；飞机的机翼和机身能不断自我更新，永不磨损和锈蚀，乘坐永远舒适、安全。

这些梦想对于美国工程师斯科特·怀特来说，不算是遥不可及的梦想。他是最早研究具有自我修复能力的高分子材料的科学家之一。时间追溯到2001年，怀特研制了一种类似塑料的材料。它由很多微型胶囊构成，一旦某处出现裂痕或空洞，里面的微型胶囊就会破裂，向破损处释放具有修复作用的试剂，使裂痕得到修复，材料再次聚合。怀特将这项技术产业化，做成涂层，用来保护各种设备，从桥梁到直升机旋翼，使其免遭恶劣环境的侵害。

真正商业化的自我修复高分子材料目前并不多见，不过，一些实验室研发的新材料，已经显示出自我修复的潜力。一种叫聚六氢三嗪的高分子材料（PTH），既可以是固体，也可以是液态胶水，与碳纳米管等超强材料化合在一起，可以替代金属做汽车的零配件，也可以用来生产特殊的指甲油。这种指甲油女士仅需涂一次，以后就不用再涂，因为它不会褪色，不怕磨损。

目前绝大多数自我修复高分子材料只能修复很小的裂纹或凹痕，宽度大概100微米，相当于一根头发丝
的直径。2014年初，怀特的研究团队宣布发明了一种可修复3厘米宽裂痕的材料。这种材料内布满很细的管道，里面含有化学前体物质：一种黏性物质能迅速凝结而堵住裂缝，弹性高分子物质则起到加固作用。目前这种材料实现大规模生产还有很多路要走。不过，只要科学家努把力，再加上些研究经费，10年内有可能造出第一种实用的修复大尺寸裂纹的自我修复材料。

研究人员把更长远的目标锁定在能够完全自我再生的材料上。怀特说：“人的骨头不断在更新，7年全部更新一遍。想象一下，如果能造出一个可以自我更新的工程结构件，将是何等神奇！”

怀特考虑，这需要一些智能的、可逆的化学反应帮忙。在这些化学反应中，一部分高分子聚合物的化学键断裂，而另一部分则在重建，始终处于“破坏—重建—加固”的动态过程中。实现这一过程，则需要智能材料的结构中有适当的处于亚稳态的起始物质。这样才能制造出像骨头那样可以代谢的高分子材料。想使用如此完美的材料，不得不说为时尚早。“还有很多科学上的硬骨头要啃。”怀特鼓励大家，“但我们要有远大的梦想。”

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