新材料在半干燥條件下也能自愈
2016-11-16 來源：科學(xué)網(wǎng)
研究制造出能在半干燥狀態(tài)下自愈的新材料。圖片來源：geek.com
在擁有能自我修復(fù)的汽車或建筑物前，人們需要能在無水環(huán)境中自我修復(fù)的材料。自愈性材料在柔軟和潮濕的條件下能很好地發(fā)揮效用，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料變干后，自愈能力會(huì)減弱。不過，日本大阪大學(xué)科學(xué)家近日制造出一種在半干燥條件下能修復(fù)99%表面切口的新材料。研究人員首次將物理和化學(xué)方法同時(shí)用于自愈材料，相關(guān)論文發(fā)表于《化學(xué)》。
“結(jié)合自我修復(fù)的物理和化學(xué)特性，能使材料在更干燥和堅(jiān)硬的狀態(tài)下快速和有效地自愈。”該研究高級作者、超分子聚合物化學(xué)家Akira Harada說。“新材料只需要少量的水蒸氣促進(jìn)修復(fù)，換句話說，水只是充當(dāng)修復(fù)過程中需要的無毒膠水。”參與該研究的副教授Yoshinori Takashima說。
通常，材料工程師會(huì)為材料物理嵌入充滿自愈物的微囊或路徑，或者利用多輪烷等分子建造材料。自愈材料的化學(xué)性則是指使用包括可逆化學(xué)反應(yīng)和氫鍵結(jié)合等分子間相互作用等在內(nèi)的可逆紐帶。
Harada實(shí)驗(yàn)室利用多輪烷作為主體結(jié)構(gòu)，并交聯(lián)了可逆相互作用，將自愈性的物理和化學(xué)機(jī)制結(jié)合到了新材料中。多輪烷結(jié)構(gòu)能讓材料利用應(yīng)力松弛修復(fù)淺坑；而化學(xué)可逆作用能使其修復(fù)深坑。這種結(jié)合方法讓這種材料能在10分鐘里恢復(fù)80%。
“超分子聚合物材料研究取得的突破展示了，精巧設(shè)計(jì)能在宏觀尺度上帶來功能進(jìn)步。”該研究論文第一作者、工程學(xué)助理教授Masaki Nakahata說，“無論是堅(jiān)硬的還是自我修復(fù)的，聚合材料都為材料科學(xué)打開一個(gè)新前沿。”
科學(xué)家表示，該材料用途廣泛，能用于汽車涂層、建筑物和醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域等。他們還計(jì)劃設(shè)計(jì)能在環(huán)境條件下自愈的硬質(zhì)材料。
原文鏈接：http://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(16)30158-9
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