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技術分享——自修復涂層技術

2016-07-04 17:03:28 作者：本網整理來源：China Convert 分享至：

自修復（Self-Healing）/自愈合，即源于醫學和生物的自愈合能力，將其用于材料科學具有仿生的含義。Self-Reparing，即自修復涂料包含更廣義的內涵，即涂層產生裂縫后能自動修復裂縫。

自修復涂料的原理有較多，如在聚合物基體中引入微膠囊形成愈合劑及引發劑，當有裂縫擴展時，嵌在其中的微膠囊被撕裂，愈合劑通過毛細管作用釋放到受損區域，遇到催化劑，便會引發聚合反應，將裂縫處粘合修補好。

雜化有機－無機納米組分可作為細胞壁來組裝賦予自愈功能的微型管路，這些納米組分是通過自組裝表面活性膠囊的模板制備而成的，涂層一旦受損，損傷處便自發修復愈合。

東麗toray開發的自修復薄膜，是通過使用濕式涂布方法，形成一層具有自我修復功能的自我修復層，并且表面覆蓋由PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）制成的薄膜，具備高粘度、彈性和緩沖特性。其中PET膜的厚度僅為125μm（微米），而自我修復層則只有幾十微米，并且可以按照可以要求進一步壓縮厚度。

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自我修復涂層最大的優點就是修復速度快，在室溫環境下，只要10秒甚至更少時間就可以讓劃痕消失，自我修復薄膜還擁有耐久性，在20,000次連續測試下沒有問題。

自修復功能，除了以上提到的應用，日產曾經發布過一項叫做ScratchShield的涂層自我修復技術。被劃傷后，涂有Scratch Shield的車輛劃痕和涂有普通車漆的車輛劃痕相比，少了5倍，詳細見下圖：

ScratchShield可修復細微的劃痕，使將一天到一周之內的劃痕恢復至接近其原始狀態。

汽車車身上除了涂料之外，還會附有一層清漆，由此對涂料進行保護，Scratch Shield算是清漆的一種，只不過比普通清漆的防劃能力更強，還具備自我修復的功能。

由于Scratch Shield是普通清漆與特殊高彈性樹脂的結合，這就使得它增強了涂料本身的彈性，同時還可以通過提升樹脂密度來提升涂料的抗劃強度。而Scratch Shield的自我修復就是依靠清漆部分融入的高彈性樹脂，當受到外力時，這一部分不會直接損壞，而是憑借柔韌性改變形狀，然后在一定時間內慢慢恢復原狀。

當然，如果劃痕過深，傷到了清漆下面的底層油漆，那么Scratch Shield也無法進行自我修復。自動修復的時間長短取決于環境溫度和劃痕的深度。溫度越高，劃痕越淺，自動修復的速度也就越快。基本構造原理圖如下

2013年10月，LG 發布GFlex手機，除了具有可彎曲的屏幕，其背面的“自愈”功能也是一大賣點。

2014年2月，美國專利商標局公布了一項蘋果的專利申請，名為“防止導光板刮痕失真的體系和方法。”蘋果的這項發明詳述了使用自我修復和聚四氟乙烯涂層來保護刮花了的背光元件的可能性，從而避免蘋果設備和Mac等顯示屏呈現失真的情況。也可以理解成一種能自我修復的屏幕涂層。

他們基于蘋果的專利背景提到，電子顯示器通常出現在電子設備如電視，電腦，電話等。LCD像素是不會自己發光的。更準確地說，是背光元件從LCD后面發光。背光元件可能含有一個光源，一個導光板，并通過擴散器把光發放出去。擴散器把光傳遞到LCD。因為材料構成的關系，導光板和擴散器會相互黏住，所以兩者之間必定有粘合劑和胎圈，這就能做出抗濕的功能。通常在震動可靠性測試或特定的真實環境使用情況下，胎圈會對導光板產生刮痕。當胎圈刮到背光板的時候，顯示屏幕就會呈現失真的情況，例如出現白點。

在專利描述中，蘋果還將這一技術和日本Natoco的自我修復技術進行了對比。Natoco的涂層是由高分子合金制成，其作用方式也和蘋果所用涂層不同——這種涂層的表面非常光滑所以很難在上面產生劃痕，并且還利用涂層的內部化學結構產生了彈簧床效應。

除此之外，還有各種不同的自修復技術與ScratchShield不同，Scratch Shield進行修復工作的是表層的涂層，而荷蘭埃因霍芬理工大學則是通過最底層的涂層來進行修復。當表層的防水層受到損傷時，底層的活性成分會通過中間層疏導至表層進行修復。不僅能自修復，還具有防水性。

德國弗勞恩霍夫研究所的自動修復涂層技術原理是當涂層受到外部壓力而破損時，其中充當黏合分子的微膠囊就會破裂，釋放出黏合材料填補受損而形成的空隙，從而對傷痕進行修復，類似于橡膠樹。當然，這種修復是不可重復的。

而美國斯坦福大學的這項技術重點在于氫鍵。氫鍵的特殊性容易打破或重組，采用此技術的涂層可以通過快速形成氫鍵，在室溫下幾分鐘內自行修復劃痕，而且可以重復多次進行修復。除此玄卦，這種材料還可以探測溫度、壓力的變化，因此最初用于假肢表面。但研究人員表示，這項技術的長期目標是解決電子設備的劃痕煩惱，甚至用于人體局部植皮。