化学键修补裂痕“天衣无缝”

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申 彦

    　　如果损坏的物品能够自我修复该有多好，如断裂的眼镜能自动修复完好如初，这也是科学家一直在努力研究的一个课题。最近，美国洛杉矶加利福尼亚大学特殊材料学院的弗瑞德伍德发明一种新材料，这种材料在多次断裂后仍能自我修复。

    　　为寻找一种能“自愈”的材料科学家已开展多年研究，不久前，美国伊利诺斯大学的工程师曾研制出一种能自我修复裂痕的聚合物。这种聚合物修复裂痕的机理是在材料中预先嵌入装有化学试剂和催化剂的小胶囊，在材料发生断裂时，可通过两者的化学反应填补裂缝。不过化学试剂用完后这种材料的自我修复功能便会消失。而弗瑞德伍德发明的新材料是一种透明塑料，这种塑料在受热后能自动修复裂痕，更重要的是，这种修复裂痕的反应是可逆的，因此不存在失效问题。

    　　这种新材料的自我修复功能是靠两种有机分子（呋喃和马来酰亚胺）之间的狄尔斯－阿尔德反应形成聚合物长链获得的。这种反应是可逆的：如果对塑料加热，可使它们分解成原来的活性分子，这样，它们就能再次发生反应修复裂痕。为得到这种能自我修复的透明塑料材料，伍德控制化学反应使聚合物链生成三维网状结构（而不是分散的链状结构），材料中分子链的基本结构单元含有４个呋喃基分子和３个马来酰亚胺基分子。这种新型塑料韧性强、透光性好，在室温下十分坚固。

    　　这种材料是如何实现自我修复功能的呢？研究人员在一台机器上拉伸这种塑料，直到它们断成两段；一两天后，伍德把两片断裂的材料紧紧地夹在一起，把它们加热到１２０摄氏度，然后再使它们冷却，这样，断裂的两片聚合物间的裂缝在冷却时就能自我“愈合”，“愈合”后只留下不很明显的痕迹。因聚合物并未熔化，而是靠化学键重新连接在一起的，因此这与焊接不同。

    　　这简直太妙了棗当塑料裂开时化学键断开，而重新形成化学键时又能将裂缝接好。目前这种材料的不足之处有两点：一个缺点是材料的“愈合”需要人工加热；另一个缺点是“自愈”后塑料片的强度会降低４０％（这是因为要使破裂的表面完全不留气体是很困难的，而气体的存在会使化学键连接的牢固程度降低）。

    　　这种新材料可用作计算机线路板。如果计算机线路板出现裂缝，线路板上的电路就会损坏，而在使用过程中，计算机会定期被加热和冷却，这样，如果在使用中线路板出现了裂痕，它会在下一次加热时自我修复，从而可保护线路板不致损坏。

    摘自《大众科技报》