神奇材料會“療傷”

手機屏幕不小心摔裂了，靜置一兩天，又變成完整的一塊；愛車車身被剮出刺眼的傷痕，放在太陽下曬曬，很快就平滑如新……這些聽起來很天方夜譚的事，正在成為現實。

從很久以前開始，人們就夢想著能讓物體自動復原的技術。上世紀60年代，科學家提出了自修復材料的構想。顧名思義，這種材料不需要咱們動手修補，有什么損傷自己就能“治愈”，像生物體一樣會“療傷”！經過幾十年的探索，2001年，首款自愈合材料在美國誕生；到了今天，已有多種自修復材料被發明出來并運用于實際。

自修復技術的核心是物質補給和能量補給，據此自修復材料可劃分成兩大類：一類是在材料內部添加裝有修復劑的纖維或微型膠囊；另一類則是通過加熱、光照等提供能量，使材料發生結晶、交聯，或在表面形成薄膜，從而完成修復。下面咱們就來具體看看吧。

這類材料以水泥為基體，加入鋼絲短纖維增強韌性，此外還要嵌入最最關鍵的組件——玻璃纖維管，纖維管內裝有黏性極強的縮醛高分子溶液作為修復劑。當水泥出現裂紋時，部分纖維管就會破裂，修復劑流出，將裂開處重新黏合。

可以想象，如果橋梁、大樓使用這種自修復混凝土來建造，使用壽命和安全性必將大大提升。

磨損是導致金屬材料失效的最重要因素，因此目前金屬自修復材料主要針對磨損來設計。它由多種礦物、添加劑和催化劑組成，外觀是一種超細粉末。

這種材料不會與油類發生化學反應，也不會改變油的黏度和性質，所以一般是添加在潤滑油脂中使用。材料中的超細粉末跟著油脂一起被涂抹到產生摩擦的工作面上，形成一層保護層，不僅能及時修補金屬零件表面的縫隙，還能降低摩擦振動，減少噪聲，節約能源。

前面提到的裂屏自修復手機，用的正是高分子自修復材料。這類材料又分很多種，“療傷”方法也各不相同。比如美國和日本合作開發的一種聚合物，通過紫外線照射來獲得能量，從而自我“治愈”。它的原理是利用聚合物中硫原子和碳原子的特殊結合方式，通過光照引發鏈式反應，使原子之間反復地形成共價鍵。這款材料自修復能力極強，即使被切成碎塊，只要將切開的邊緣緊緊壓在一起，用紫外線照一照，碎片就會重新“長”成一塊。

澳大利亞研發的一種自修復材料，則是以支鏈淀粉、水和鹽為原料，利用淀粉和溶劑之間的氫鍵相互作用來實現修復。這種材料在室溫下只要兩三秒鐘即可完成愈合，此外它還可塑、可打印、可再生，導電性能良好，而且成本低廉，綠色環保。研究團隊將它用在電路修復、可穿戴傳感器和柔性電子器件上，效果都很不錯。

高分子自修復材料未來的發展，必然會向著智能化邁進，通過模擬生物系統的能力，“感知”材料中的損傷，進行定點修復。在這方面，美國研究者已率先取得突破。他們最新研制出的“自適應結構”材料，使用“形狀-記憶”高分子原料，結合嵌入式光導纖維網絡，具備損傷探測傳感和熱刺激傳遞功能，就像人類的骨骼一樣。只要一束激光，經由光導纖維傳播，使材料局部變熱，就能激發其修復機制。