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上海工业设计公司大卫逊请各位仔细地想象一下:汽车能自我修复刮痕,不需再次喷漆,不用织补沙发座椅;大桥不会老旧,桥墩和桥梁能自我翻新;飞机的机翼和机身能不断自我更新,永不磨损和锈蚀,乘坐永远舒适、安全。

上海工业设计公司大卫逊的这些梦想对于美国工程师斯科特·怀特来说,不算是遥不可及的梦想。他是最早研究具有自我修复能力的高分子材料的科学家之一。时间追溯到2001年,怀特研制了一种类似塑料的材料。它由很多微型胶囊构成,一旦某处出现裂痕或空洞,里面的微型胶囊就会破裂,向破损处释放具有修复作用的试剂,使裂痕得到修复,材料再次聚合。怀特将这项技术产业化,做成涂层,用来保护各种设备,从桥梁到直升机旋翼,使其免遭恶劣环境的侵害。

很多产品设计公司觉得真正商业化的自我修复高分子材料目前并不多见,不过,一些实验室研发的新材料,已经显示出自我修复的潜力。一种叫聚六氢三嗪的高分子材料(PTH),既可以是固体,也可以是液态胶水,与碳纳米管等超强材料化合在一起,可以替代金属做汽车的零配件,也可以用来生产特殊的指甲油。这种指甲油女士仅需涂一次,以后就不用再涂,因为它不会褪色,不怕磨损。

目前绝大多数自我修复高分子材料只能修复很小的裂纹或凹痕,宽度大概100微米,相当于一根头发丝的直径。2014年初,怀特的研究团队宣布发明了一种可修复3厘米宽裂痕的材料。这种材料内布满很细的管道,里面含有化学前体物质:一种黏性物质能迅速凝结而堵住裂缝,弹性高分子物质则起到加固作用。目前这种材料实现大规模生产还有很多路要走。不过,只要科学家努把力,再加上些研究经费,10年内有可能造出第一种实用的修复大尺寸裂纹的自我修复材料。

产品设计公司的设计师和研究人员把更长远的目标锁定在能够完全自我再生的材料上。怀特说:“人的骨头不断在更新,7年全部更新一遍。想象一下,如果能造出一个可以自我更新的工程结构件,将是何等神奇!”怀特考虑,这需要一些智能的、可逆的化学反应帮忙。在这些化学反应中,一部分高分子聚合物的化学键断裂,而另一部分则在重建,始终处于破坏—重建—加固的动态过程中。实现这一过程,则需要智能材料的结构中有适当的处于亚稳态的起始物质。这样才能制造出像骨头那样可以代谢的高分子材料。想使用如此完美的材料,不得不说为时尚早。“还有很多科学上的硬骨头要啃。”怀特鼓励大家,“但我们要有远大的梦想。”

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