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能够适应环境并可以自我修复的材料
发布:lee_9124   时间:2017/1/9 19:36:04   阅读:205 
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当大多数生物受到伤害时,它们可以自愈并从伤害中恢复过来.。但是,当损害发生在非生命物体时,它们并没有相同的自愈能力,因此通常导致功能丧失或有效使用周期缩短。贝克曼高级科学与技术研究所的研究人员正在努力改变这种情况。

15年来,材料科学与工程学院的化学教授Jeff Moore,Nancy Sottos教授,和航空航天工程教授Scott White,组建了自愈材料研究团队并开展合作。他们的研究主要集中在开发一种合成材料,不仅能对环境做出反应,而且可以受损后自我恢复,甚至在寿命结束时可以自毁。贝克曼三名研究者是当今动态生长领域的先驱者。15年前,他们在《自然》杂志上首次提出自愈聚合物的研究工作。在此之前,也已经有一些关于自愈聚合物的论文发表。在此后的几年里,该领域的研究发生巨大突破,并各期刊相继发表了数百篇论文.。

最近,贝克曼的博士后研究员Jason Patrick和Maxwell Robb在本月《自然》杂志上发表了一篇综述性文章,回顾了当今最先进的自愈聚合物以及提出了该领域未来的发展方向。

Moore说:“我们首次尝试实现的愿景是将自愈聚合物作为一种可以实现自我管理的多功能实体。”

本文概述了他们从开发自愈聚合物浓度到聚焦于“聚合物的生命周期控制”,即所谓的“健康老龄化的材料”的一系列工作。他们这样描述研发材料的自治功能:“正常使用寿命长,失效后又可以自分解……我们希望材料能够在一个健康的状态下正常使用,并且当寿命到期时,又能够从功能状态转化为可回收材料资源。”在论文中,研究人员确定了五个发展前景:自我保护,自我报告,自我修复,再生和退化控制。

他们的工作大多围绕微胶囊,这是一种体积小且充满液体的球体,可以被集成到各种材料系统中。该胶囊含有一种愈合剂,遇到特定环境变化时可以自动释放,如物理损伤或温度过高。

Sottos解释说,“当环境中产生的应力使胶囊破裂时,它们可以释放能让其保持稳定的物质。热触发、机械触发等许多不同的外部刺激都可以打开胶囊。我们已经研究了很多化学触发的情况。胶囊被打开时,将释放其内部物质,并产生一定的化学反应。”

多年来通过发展整合有关微胶囊新的化学成分和方法,研究人员已经开发出了一种聚合物,可以重新填充一切轻微损坏的涂层和涂料(自我保护),在应力作用下改变颜色时(自我报告),并可重新粘结裂缝或恢复自身电导率(自愈)。

AMS集团还开发出一种在聚合物内部高效制备血管网络的方法。这些网络具有贯穿整个材料的多个通道,能够多次提供愈合剂,改变热或磁特性,并促进材料中其他有用的化学反应。

自我修复工作的主要发展方向是通过再生的过程修复大规模的损害。

White说:“弹道冲击,塑料片钻孔等都伴随有显著的质量损失…传统的自我修复没有办法处理这个问题。用来弥补那个洞的材料会在地心引力作用下流出来。”所以White和他的合作者提出了一种双通道自愈系统。当发生大规模损伤时,凝胶状物质填充受损空间并自行合成,使愈合剂保持在硬化状态。

他们最近的工作是关于材料达到其使用寿命时的处理问题。在这项工作中,给出一个特定的环境信号(短暂引发),材料可以自毁。研究人员认为,诸如高温、水、紫外线等许多触发介质可能会被用于寿命到期设备的迅速降解,以便其可以重复使用或循环利用,从而减少电子废物,提高可持续性.。

自主聚合物开始进入商业领域。在商业化的推动下,这种材料已经开始使用,如耐磨移动设备和汽车油漆行业,受到损伤时可以自我修复轻微划痕。更多的自愈材料产品正在慢慢地进入市场,其中尚佩恩一家创业型公司Autonomic Materials Inc.生产的自愈材料微胶囊型粉末涂料也进入市场。

虽然这项技术的许多实际应用仍面临挑战,但是Moore、Sottos、White以及他们的同事们仍在继续朝着开发这种智能材料的方向前进,从而开发可独立使用,具有自愈功能,并且在材料失效时可自主分解的产品,为社会提供更安全、更高效、寿命长、资源利用率高且废物排放更的产品。


来源:材料人网
 
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