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破镜重圆新材料或将科幻成为现实

来源：化工仪器网2023/2/17 15:55:14211
导读
近日，国科学院宁波材料技术与工程研究所朱锦团队联合韩国科研团队根据触觉细胞的机械刺激响应原理，模拟真实人类皮肤的自愈功能和生物离子信号传递机制，设计合成了一种含有动态二硫键功能基团和氯取代基的新型热塑性聚氨酯材料。
　　可以自由拉伸的电子器件，能够实现自我修复的服饰、家居……在科幻电影中这些东西并不算少见。但与此同时，破镜不能重圆又是我们认知中的自然规律，因此当我们在影视作品中看到这些自我修复的东西的时候，也会清楚的认知其“虚构”的性质，并对未来它们的出现报以幻想。不过，或许这种幻想距离实现已经非常近了。
 
　　近日，国科学院宁波材料技术与工程研究所朱锦团队联合韩国科研团队根据触觉细胞的机械刺激响应原理，模拟真实人类皮肤的自愈功能和生物离子信号传递机制，设计合成了一种含有动态二硫键功能基团和氯取代基的新型热塑性聚氨酯材料。这种材料不但具备像人类皮肤一样的弹性，同时还具备一定的自我修复功能，并且在修复的过程中，其本身的触觉功能也会逐渐恢复。尽管这种材料目前尚处于实验实间阶段，但是在交通、医疗等场景已经体现出很广阔的应用场景。例如这种材料应用到车胎的研发中，面对尖锐物体的刺破，车胎完全可以实现自我修复，从而避免了补胎等复杂的操作，更加方便安全。
 
　　事实上这也不是自修复材料第一次带给我们惊喜。此前东南大学智能材料研究院的研究团队就曾利用四芳基琥珀腈(TASN)和聚硅氧烷基液晶弹性体(LCE)，合成出能自愈合、再加工的并且可以随着温度变化而变形的TASN-LCE材料。而中国科学院宁波材料技术与工程研究所也研制出一种具备优异的拉伸性能和快速的室温自修复能力的特殊聚氨酯材料。
 
　　因此，从科研的角度来说，自修复材料其实已经有了很长一段时间的研究历史，并且其中的结果也不乏惊喜，只不过大部分还停留在实验室阶段，处于包括成本在内的各种考虑，所以与我们的生活非常遥远。但由此来说，破镜重圆在自修复材料的概念中，并非是天方夜谭。那么究竟自修复材料是如何实现修复的呢？其中的关键就在于“可逆动态键”。
 
　　一般来说，物品的破损是从微小的缝隙慢慢扩大开来的，而这个过程其实伴随着分子结构的改变，这个结构的改变也伴随着分子间连接件的断裂，这也是为什么明明裂开的玻璃可以拼合起来，但不借助外力缝隙却无法消失。换言之，如果物质内存在一个可以自由断裂、恢复的“链接”，那么它就可以实现形态上的复原，可逆动态键所承担的便是这个责任。当材料发生破损后，这些键能够重新形成键合作用，从而在宏观程度让物体完成破损修复。
 
　　但是想要寻得合适的“可逆动态键”却并不是一件易事，首先要确保其能够在普通环境中实现可逆地断裂和形成，其次要保证修复后物体在完好性以及功能性上不会存在缺陷。这也是为什么材料学领域一直有人投身进“可逆动态键”的相关研究中。而目前已知的可逆动态键主要有三类：范德华力、可逆共价键、超分子动态作用，它们有着各自的特点与优劣，在自修复材料的研究中均有着重要的位置。
 
　　回到现实本身，目前限制自修复材料产品化应用的壁垒主要还是加工难度以及加工难度带来的成本，此外还有这整体使用寿命的缺陷等小问题。而随着技术的不断发展，未来等到这些问题一一被解决，如同科幻电影中刻画的自修复产品或许也会在我们的生活中，出现并慢慢普及开来。

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