可以自由拉伸的電子器件，能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復(fù)的服飾、家居……在科幻電影中這些東西并不算少見(jiàn)。但與此同時(shí)，破鏡不能重圓又是我們認(rèn)知中的自然規(guī)律，因此當(dāng)我們?cè)谟耙曌髌分锌吹竭@些自我修復(fù)的東西的時(shí)候，也會(huì)清楚的認(rèn)知其“虛構(gòu)”的性質(zhì)，并對(duì)未來(lái)它們的出現(xiàn)報(bào)以幻想。不過(guò)，或許這種幻想距離實(shí)現(xiàn)已經(jīng)非常近了。
近日，國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所朱錦團(tuán)隊(duì)聯(lián)合韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)觸覺(jué)細(xì)胞的機(jī)械刺激響應(yīng)原理，模擬真實(shí)人類皮膚的自愈功能和生物離子信號(hào)傳遞機(jī)制，設(shè)計(jì)合成了一種含有動(dòng)態(tài)二硫鍵功能基團(tuán)和氯取代基的新型熱塑性聚氨酯材料。這種材料不但具備像人類皮膚一樣的彈性，同時(shí)還具備一定的自我修復(fù)功能，并且在修復(fù)的過(guò)程中，其本身的觸覺(jué)功能也會(huì)逐漸恢復(fù)。盡管這種材料目前尚處于實(shí)驗(yàn)實(shí)間階段，但是在交通、醫(yī)療等場(chǎng)景已經(jīng)體現(xiàn)出很廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。例如這種材料應(yīng)用到車胎的研發(fā)中，面對(duì)尖銳物體的刺破，車胎完全可以實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，從而避免了補(bǔ)胎等復(fù)雜的操作，更加方便安全。
事實(shí)上這也不是自修復(fù)材料第一次帶給我們驚喜。此前東南大學(xué)智能材料研究院的研究團(tuán)隊(duì)就曾利用四芳基琥珀腈(tasn)和聚硅氧烷基液晶彈性體(lce)，合成出能自愈合、再加工的并且可以隨著溫度變化而變形的tasn-lce材料。而中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所也研制出一種具備優(yōu)異的拉伸性能和快速的室溫自修復(fù)能力的特殊聚氨酯材料。
因此，從科研的角度來(lái)說(shuō)，自修復(fù)材料其實(shí)已經(jīng)有了很長(zhǎng)一段時(shí)間的研究歷史，并且其中的結(jié)果也不乏驚喜，只不過(guò)大部分還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，處于包括成本在內(nèi)的各種考慮，所以與我們的生活非常遙遠(yuǎn)。但由此來(lái)說(shuō)，破鏡重圓在自修復(fù)材料的概念中，并非是天方夜譚。那么究竟自修復(fù)材料是如何實(shí)現(xiàn)修復(fù)的呢？其中的關(guān)鍵就在于“可逆動(dòng)態(tài)鍵”。
一般來(lái)說(shuō)，物品的破損是從微小的縫隙慢慢擴(kuò)大開來(lái)的，而這個(gè)過(guò)程其實(shí)伴隨著分子結(jié)構(gòu)的改變，這個(gè)結(jié)構(gòu)的改變也伴隨著分子間連接件的斷裂，這也是為什么明明裂開的玻璃可以拼合起來(lái)，但不借助外力縫隙卻無(wú)法消失。換言之，如果物質(zhì)內(nèi)存在一個(gè)可以自由斷裂、恢復(fù)的“鏈接”，那么它就可以實(shí)現(xiàn)形態(tài)上的復(fù)原，可逆動(dòng)態(tài)鍵所承擔(dān)的便是這個(gè)責(zé)任。當(dāng)材料發(fā)生破損后，這些鍵能夠重新形成鍵合作用，從而在宏觀程度讓物體完成破損修復(fù)。
但是想要尋得合適的“可逆動(dòng)態(tài)鍵”卻并不是一件易事，首先要確保其能夠在普通環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可逆地?cái)嗔押托纬桑浯我ＷC修復(fù)后物體在完好性以及功能性上不會(huì)存在缺陷。這也是為什么材料學(xué)領(lǐng)域一直有人投身進(jìn)“可逆動(dòng)態(tài)鍵”的相關(guān)研究中。而目前已知的可逆動(dòng)態(tài)鍵主要有三類：范德華力、可逆共價(jià)鍵、超分子動(dòng)態(tài)作用，它們有著各自的特點(diǎn)與優(yōu)劣，在自修復(fù)材料的研究中均有著重要的位置。
回到現(xiàn)實(shí)本身，目前限制自修復(fù)材料產(chǎn)品化應(yīng)用的壁壘主要還是加工難度以及加工難度帶來(lái)的成本，此外還有這整體使用壽命的缺陷等小問(wèn)題。而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)等到這些問(wèn)題一一被解決，如同科幻電影中刻畫的自修復(fù)產(chǎn)品或許也會(huì)在我們的生活中，出現(xiàn)并慢慢普及開來(lái)。