在智能設備普及的今天，大屏已成為主流趨勢。雖然大屏智能設備能給我們帶來很好的體驗，但是屏幕磨損與碎裂的幾率也隨之增加。遇到這種情況，人們多會選擇拿去修理或更換手機。不過，科技的進步將為人們提供更多選擇。

    近日，加州大學河濱分校的化學家們發(fā)現(xiàn)了一種新型的可自動治愈材料。經(jīng)過測試，這種材料能夠借助延展性和粘合力對切口和劃痕起到良好的修復作用，此種材料的特性使之可在未來被應用于手機屏幕及電池的修復方面，預計將于2020年被應用于消費級電子設備中。

    自我修復材料一直是科技界研究和找尋的重點，除了電子設備的修復之外，自我修復材料還可廣泛應用于醫(yī)療、軍事及可穿戴設備等領域。這種有趣又強悍的材料能夠為科技的進一步發(fā)展提供極大的助力，雖然自我修復材料距離真正的應用似乎尚有距離，但隨著技術的進步，實現(xiàn)大規(guī)模的廣泛應用可能性極大。

    一、自我修復材料研究成果頗豐，種類各異修復方法繁多

    自我修復材料，顧名思義，即物體受損時能進行自我修復的新型材料。這種材料被注入塑料聚合物中，當物體開裂，注入材料釋放，可對受損物體的表面進行自動修復。關于自我修復材料的設想最早可上溯至20世紀60年代，不過，自我修復材料在技術上出現(xiàn)真正的進展與突破是在進入21世紀之后。

    最早研制成功的時間是2001年，美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的Scott White帶領其團隊研制了一種由許多微型膠囊構(gòu)成的、類似于塑料的自我修復材料。他們在塑料中加入人造導管系統(tǒng)，并在“血管”中注入可發(fā)生化學反應的液體。如此一來，一旦某處出現(xiàn)裂痕，這些液體即可混合，像血小板一樣釋放修復作用的試劑，裂痕得以修復，材料重新聚合。

    值得注意的是，“光”在這項技術中可能起到至關重要的作用。對此，英國布里斯托大學的教授認為：“當你的手機屏幕受到劃傷時，你可以將手機放置在窗口的陽光下，24個小時后手機上的劃痕就可能已經(jīng)自我修復了”。也就是說，如果這項技術被應用于實際，以后手機屏幕再有損傷，就可以不必送到手機店去修復， 只要讓它曬曬太陽即可痊愈。

    此技術目前被制作成涂層，用于橋梁及直升機旋翼的護理，用以避免惡劣環(huán)境的侵害，自我修復材料由此實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

    在消費級電子產(chǎn)品上，自我修復材料其實早有應用。

    2013年，LG 推出G Flex，其后殼加入self-healing（自我修復涂層），可自主修復劃痕。self-healing的概念來源于仿生，其原理是仿照生物體的自愈能力。然而，生物體本身的自愈能力有限，并非能夠全部自愈。

    最重要的是，生物體是可以進食或進行光合作用的，有能量的輸入。而材料就沒這種功能了，當然它們也能向上文提到的那樣吸收光能或熱能，但依然是相對封閉的系統(tǒng)。因此從理論上來講，自我修復材料想達到類似生物體的自愈能力，是極為困難的。

    不過，科學賦予人類的智慧往往能打破常規(guī)，提供更多可能性。除了仿生，自我修復材料還有許多設計方法，其中有兩種最為典型。

    第一，多層結(jié)構(gòu)。使用高彈性聚合物，一旦受到外力，材料能夠以變形的方式消耗外沖能量，過段時間即可回復原樣。還可以在幾層涂層系統(tǒng)中保留一層小分子，當涂層受外力破裂時，小分子可聚攏在劃痕處參與反應，起到修復作用。

    第二，微膠囊。用聚合物包住小分子有機物，將微膠囊均勻混合于涂料中，當涂層受外力作用，應力分布不均時，會在高應力區(qū)產(chǎn)生微裂紋，裂紋擴展至膠囊附近將其戳破，小分子即可起到修復作用。

    此外，還有一種可逆反應，其原理近似于多層結(jié)構(gòu)，靠氫鍵斷裂吸收能量，從而實現(xiàn)自動復原。

    自我修復材料為人類提供了無限的可能性，可在醫(yī)療、航空航天、軍事器械制造、可穿戴設備等多領域加以應用。然而，任何的可修復材料都存有一定的缺陷。通常像這樣的新興材料距離商用都很遙遠，但科技的發(fā)展和新的研究成果似乎縮短了自我修復材料與商用的距離。

    二、尚存缺陷但研究進程迅速，自修復材料商用可期

    就目前的自我修復材料情況而言，缺陷還是比較明顯的。

    高彈性聚合物，就算彈性再好，也有承受不住的時候，若是體材料還能好一些，若是涂層，其消耗能量有限，難以承受過大的壓力。

    微膠囊與高彈聚合物同理，hold不住過大外力。此外涂料里能夠添加的微膠囊數(shù)量有限，并且破裂過程不可逆。如果相同的位置第二次出現(xiàn)破裂，微膠囊已用盡，就失去了再度自我修復的能力。

    至于氫鍵，其本身體量小，在聚合物里也不會太大，扛不住沖擊就會破壞化學鍵，其反應的可逆程度幾乎可以忽略了。

    由此看來，自我修復材料距離真正商用似乎還很遙遠，當然，這也是多數(shù)新型材料論述文章的標準結(jié)局。但對于自我修復材料來說，事情似乎并未就此而止。

    上文提到的加州大學發(fā)現(xiàn)的新材料，可以說是可自愈材料領域的一大進步。與以往材料的不同之處在于，這種新材料延展性極強，可拉伸至原尺寸的50倍。新材料由可延展聚合物與離子鹽組成，具備一種特殊的粘合力，這種力存于帶電離子與極性分子之間，被稱為離子偶極相互作用。

    研究人員對這種材料進行修復劃痕和切口的測試，發(fā)現(xiàn)它們只用24小時就能重新對接，這是因為材料中的極性分子和帶電離子相互吸引，也意味著能夠?qū)щ姷淖孕迯筒牧鲜状伪谎兄瞥晒Α?/span>

    這對于電子設備的修復是非常重要的突破。電子設備屏幕下方通常有一個電極網(wǎng)絡，當我們觸碰屏幕之時，手指與它們形成完整的電路，從而實現(xiàn)操作。然而以前的自修復材料都不導電，不能用于電子設備屏幕的生產(chǎn)。

    因此，這種材料的研制成功能使電子產(chǎn)品的屏幕和電池在自我修復方面跨出一大步。研究人員預測，此種材料將在2020年應用于手機屏及電池的生產(chǎn)之中。領導這一團隊的化學家Chao Wang認為：

    “會有很多自修復產(chǎn)品在未來的3年內(nèi)問世，它們將改變我們的日常生活，它們會讓我們的手機獲得更優(yōu)的性能。”

    除了電子設備，自修復材料在可穿戴設備中也將發(fā)揮極大的作用。

    目前可穿戴設備的物理材料所存在的最大問題，是在柔韌性和可塑性方面受到諸多限制。假如有一種柔性材料損壞，就徹底報廢，就算能繼續(xù)使用，效果也不盡如人意。不僅是可穿戴設備領域，醫(yī)療、體育科技、電子產(chǎn)品領域皆存在這一問題。

    針對這一問題，賓夕法尼亞州立大學的科研團隊在去年5月研制出一種適用于可穿戴設備的全新自愈柔性材料。在這項研究中，所面臨的難點是需要確保設備自愈后仍具有原本的功能。比如手環(huán)如果失去散熱能力，用起來就會發(fā)燙，就算外表損傷能夠自愈，一個發(fā)燙的手環(huán)也和壞掉沒什么區(qū)別。

    基于此，團隊對材料的導電性、導熱性以及機械性等多項內(nèi)容進行了測試。在這一過程中，新材料被高溫和剪切等方式分為兩部分，但仍能夠 “痊愈”，哪怕是在承重200克斷裂之后。并且此種材料不受溫度及濕度影響，在高溫或潮濕的環(huán)境之下仍能發(fā)揮功能。如此一來，穿戴這些設備運動或旅行，也不必擔心損壞。

    這樣的特性使得這種材料不僅能應用于可穿戴設備之中，還能在更加廣泛的領域發(fā)揮出更大的作用。不過這項研究仍在繼續(xù)：“下一步我們還需要提高絕緣性來對內(nèi)部的微電子電路進行保護”，團隊負責人Qing Wang教授如是說。

    自我修復材料如能實現(xiàn)商用，將會對許多領域的發(fā)展起到推助作用。

    想象一下，自修復材料大規(guī)模商用以后，可能會出現(xiàn)一些科幻般的場景：

    汽車劃痕能自我修復，無需再次噴漆，也無需織補沙發(fā)座椅；飛機、火車、汽車等交通工具的零件能夠像人體細胞那樣自我修復和更新，永不磨損永不生銹，乘坐永遠安全，能有效降低交通事故發(fā)生的幾率；橋梁、河堤、路面能夠自我翻新，不會老舊；電子設備的各種零件能夠自我修復，延長使用壽命。

    按照自修復材料領域的發(fā)展情況來看，自修復材料有望在幾年之后逐漸實現(xiàn)商用。不可否認，自修復材料仍存在問題和改進的空間，但這些問題都有望被破解，自修復材料在幾年之內(nèi)應用于實際的場景是可以期待的。

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責任編輯：邢云輝

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