能夠適應環境并可以自我修復的材料

材料牛注：科學家們致力于發展一種具有自我保護，自我報告，自我修復，再生和退化控制能力的聚合物材料。這種材料不僅能很好地適應環境，而且可以在受損后實現自我恢復，甚至在壽命結束時可以自毀。近年來聚合物發展迅速，已經有材料應用于耐磨移動設備和汽車油漆行業。

當大多數生物受到傷害時，它們可以自愈并從傷害中恢復過來.。但是，當損害發生在非生命物體時，它們并沒有相同的自愈能力，因此通常導致功能喪失或有效使用周期縮短。貝克曼高級科學與技術研究所的研究人員正在努力改變這種情況。

15年來，材料科學與工程學院的化學教授Jeff Moore，Nancy Sottos教授，和航空航天工程教授Scott White，組建了自愈材料研究團隊并開展合作。他們的研究主要集中在開發一種合成材料，不僅能對環境做出反應，而且可以受損后自我恢復，甚至在壽命結束時可以自毀。貝克曼三名研究者是當今動態生長領域的先驅者。15年前，他們在《自然》雜志上首次提出自愈聚合物的研究工作。在此之前，也已經有一些關于自愈聚合物的論文發表。在此后的幾年里，該領域的研究發生巨大突破，并各期刊相繼發表了數百篇論文.。

最近，貝克曼的博士后研究員Jason Patrick和Maxwell Robb在本月《自然》雜志上發表了一篇綜述性文章，回顧了當今最先進的自愈聚合物以及提出了該領域未來的發展方向。

Moore說：“我們首次嘗試實現的愿景是將自愈聚合物作為一種可以實現自我管理的多功能實體。”

本文概述了他們從開發自愈聚合物濃度到聚焦于“聚合物的生命周期控制”，即所謂的“健康老齡化的材料”的一系列工作。他們這樣描述研發材料的自治功能：“正常使用壽命長，失效后又可以自分解……我們希望材料能夠在一個健康的狀態下正常使用，并且當壽命到期時，又能夠從功能狀態轉化為可回收材料資源。”在論文中，研究人員確定了五個發展前景：自我保護，自我報告，自我修復，再生和退化控制。

他們的工作大多圍繞微膠囊，這是一種體積小且充滿液體的球體，可以被集成到各種材料系統中。該膠囊含有一種愈合劑，遇到特定環境變化時可以自動釋放，如物理損傷或溫度過高。

Sottos解釋說，“當環境中產生的應力使膠囊破裂時，它們可以釋放能讓其保持穩定的物質。熱觸發、機械觸發等許多不同的外部刺激都可以打開膠囊。我們已經研究了很多化學觸發的情況。膠囊被打開時，將釋放其內部物質，并產生一定的化學反應。”

多年來通過發展整合有關微膠囊新的化學成分和方法，研究人員已經開發出了一種聚合物，可以重新填充一切輕微損壞的涂層和涂料（自我保護），在應力作用下改變顏色時（自我報告），并可重新粘結裂縫或恢復自身電導率（自愈）。

AMS集團還開發出一種在聚合物內部高效制備血管網絡的方法。這些網絡具有貫穿整個材料的多個通道，能夠多次提供愈合劑，改變熱或磁特性，并促進材料中其他有用的化學反應。

自我修復工作的主要發展方向是通過再生的過程修復大規模的損害。

White說：“彈道沖擊，塑料片鉆孔等都伴隨有顯著的質量損失…傳統的自我修復沒有辦法處理這個問題。用來彌補那個洞的材料會在地心引力作用下流出來。”所以White和他的合作者提出了一種雙通道自愈系統。當發生大規模損傷時，凝膠狀物質填充受損空間并自行合成，使愈合劑保持在硬化狀態。

他們最近的工作是關于材料達到其使用壽命時的處理問題。在這項工作中，給出一個特定的環境信號（短暫引發），材料可以自毀。研究人員認為，諸如高溫、水、紫外線等許多觸發介質可能會被用于壽命到期設備的迅速降解，以便其可以重復使用或循環利用，從而減少電子廢物，提高可持續性.。

自主聚合物開始進入商業領域。在商業化的推動下，這種材料已經開始使用，如耐磨移動設備和汽車油漆行業，受到損傷時可以自我修復輕微劃痕。更多的自愈材料產品正在慢慢地進入市場，其中尚佩恩一家創業型公司Autonomic Materials Inc.生產的自愈材料微膠囊型粉末涂料也進入市場。

雖然這項技術的許多實際應用仍面臨挑戰，但是Moore、Sottos、White以及他們的同事們仍在繼續朝著開發這種智能材料的方向前進，從而開發可獨立使用，具有自愈功能，并且在材料失效時可自主分解的產品，為社會提供更安全、更高效、壽命長、資源利用率高且廢物排放更的產品。

原文鏈接：Researchers work to improve the lifecycle of materials。

本文由編輯部楊樹提供素材，王冰編譯。

材料人網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。

材料人網向各大團隊誠心約稿，課題組最新成果、方向總結、團隊訪談、實驗技能等皆可投稿，請聯系：郵箱tougao@cailiaoren.com 或 QQ：97482208。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，找材料人、上測試谷！