自我修复的高分子材料
基于配位键和氢键的聚丙烯酸酯自修复膜材料的制备与性能
doi:10.19677/j.issn.1004-7964.2024.03.005基于配位键和氢键的聚丙烯酸酯自修复膜材料的制备与性能麻寿江1,2，胡婷1,2，陈子越3，李雪1,2，刘军1,2，陈华林1,2*（1.西南民族大学化学与环境学院，化学基础国家民委重点实验室，四川成都610041；2.西南民族大学化学与环境学院，青藏高原污染控制化学与环境功能材料国家民委重点实验室，四川成都610041；3.同济大学海洋与地球科学学院，上海200092）摘要：通过乳液聚合合成一系列含金属离子的聚丙烯酸酯乳液，得到含金属离子的聚丙烯酸酯自修复膜材料。
该材料利用单体丙烯酰胺上的酰胺官能团与金属离子Cr3+进行配位，并且单体丙烯酰胺上的酰胺基团可以形成具有可逆作用的氢键，形成金属配位键和氢键双重动态可逆作用的自修复聚丙烯酸酯膜材料。
研究发现加入金属离子后薄膜具有自我修复能力，金属离子含量不同时其修复效果也不同。
研究了薄膜的最佳自修复温度和最佳自修复时间，实验结果表明，金属离子含量为0.15g时，聚合物的拉伸强度修复率最高可达80％；薄膜最佳自修复时间为12h，薄膜最佳自修复温度为60℃。
利用聚合物中特殊官能团与金属离子配位作用，赋予了自修复材料优异的机械性能和修复性能。
关键词:自修复聚合物；金属配位键；氢键；聚丙烯酸酯膜；涂层中图分类号:TS529.5文献标志码:APreparation and Properties of Self-healing Polyacrylate Mem-brane Materials based on Coordination Bond and Hydrogen Bond(1.Key Laboratory of General Chemistry of the National Ethnic Affairs Commission,School of Chemistry and Environment,Southwest Minzu University,Chengdu610041,China;2.Key Laboratory of Pollution Control Chemistry and EnvironmentalFunctional Materials for Qinghai-Tibet Plateau of the National Ethnic Affairs Commission,School of Chemistry and Environment,Southwest Minzu University,Chengdu610041,China;3.School of Ocean and Earth Science,Tongji University,Shanghai200092,China)Abstract:The self-repair properties of polyacrylate membrane material were mainly realized through the dual dynamic reversible effect of metal coordination bond and hydrogen bond.A series of polyacrylate emulsions containing metal ions were synthesized through emulsion polymerization.The self-healing polyacrylate membrane material containing metal ions was coordinated with metal ions Cr3+by the functional group(amide group)on the monomer acrylamide,and the functional group(amide group)on the monomer acrylamide could form reversible hydrogen bonds.It is found that the film has self-healing ability after adding metal ions,and the repair effect is different with different content of metal ions.The best self-healing temperature and the best self-healing time of the film were studied.The tensile test shows that when the content of metal ions was0.15g,the tensile strength repair rate of the polymer was up to80%.The best self-healing time of the film was 12h,and the best self-healing temperature was60℃.The coordination of metal ions and special functional groups in polymers has made the self-healing materials have excellent mechanical properties and good repair performances.Key words:self-healing polymer;metal coordination bond;hydrogen bond;polyacrylate membrane;coating收稿日期：2023-11-07修回日期：2023-12-28接受日期：2023-12-30基金项目：西南民族大学2022年研究生创新型项目（ZD2022592）第一作者简介：麻寿江（2000-），男，硕士研究生，主要研究方向为功能高分子材料，皮革化工材料。
可以自我修复的新材料
可以自我修复的新材料
西班牙科学家发明了一种新型聚合物，它有点像T-1000（终结者2中出现的机械杀手），被破坏后无需借助外力便可自我还原，是以被称为“聚合物终结者”。
早前便有科学家运用纳米粒子自组装技术，制造出自愈性微型芯片。
但上述新型聚合物完全是另一回事。
我们日常所用的东西，诸如电子产品、汽车和房子等，它们构造中的塑料部分若用此聚合物替代，那么产品的安全性和使用寿命将会得到巨大提升，这是一项全新的突破。
该材料本质上有点像维可牢粘扣，两小时内可完成97%的自我愈合。
若从中间将其砍断，待断口黏合到一起后，那么，即便双手使劲往外拉都没办法再把它拉断。
为了制造出这种新材料，研究员们从普通的高分子聚合原料中提取出具有自愈能力的热固性弹性体。
其自愈原理是某芳香族二硫化物的一种复分解反应（室温条件下可发生）。
欲深入探究者可参考《材料视野/ Materials Horizons》中“室温和无催化剂条件下，基于芳香族二硫化物复分解反应的自愈性人造橡胶”一文。
具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备及性能表征
具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备及性能表征一、本文概述随着材料科学的快速发展，形状记忆聚合物（Shape Memory Polymers, SMPs）作为一种新型智能材料，因其独特的形状记忆效应和可编程性在航空航天、生物医学、智能机器人等领域展现出广阔的应用前景。
然而，形状记忆聚合物在实际使用过程中常常因外界环境的恶劣和内部损伤的积累而导致性能下降，这极大地限制了其在实际应用中的长期稳定性和可靠性。
因此，开发具有自修复功能的形状记忆聚合物，对于延长材料的使用寿命、提高其在实际应用中的可靠性具有重要意义。
本文旨在介绍具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备方法，并对其性能进行表征。
我们将概述形状记忆聚合物的基本原理和自修复材料的研究进展，为后续的制备和性能表征提供理论基础。
接着，我们将详细介绍几种具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备方法，包括自修复机制的构建、材料的合成与加工等。
在此基础上，我们将对所制备的材料进行性能表征，包括形状记忆性能、自修复效率、机械性能等方面的测试与分析。
我们将讨论所制备材料的应用前景及未来发展方向，以期为形状记忆聚合物在实际应用中的推广提供有益的参考。
二、形状记忆聚合物的基本原理形状记忆聚合物（Shape Memory Polymers, SMPs）是一类具有独特“记忆”功能的智能材料，能够在外部刺激下，如热、光、电、磁等，恢复其原始形状。
这种特性源于SMPs内部的交联网络结构和可逆的物理或化学转变。
SMPs的基本原理主要基于两个过程：形状的固定和形状的回复。
在形状的固定过程中，SMPs通过交联网络的形成，将临时形状固定下来。
这个交联网络可以通过物理交联（如链缠结、结晶等）或化学交联（如共价键、离子键等）来实现。
一旦交联网络形成，SMPs就可以在不受外界影响的情况下保持临时形状。
在形状的回复过程中，当SMPs受到适当的外部刺激时，交联网络会发生可逆的物理或化学转变，从而释放出固定的临时形状，使SMPs回复到其原始形状。
自修复水凝胶
编号功能高分子设计（论文）题目：自修复水凝胶化学与材料工程学高分子材料与工程专业学号1050212219学生姓名范玉丽指导教师袁妍刘敬成二〇一五年四月自修复水凝胶高分子材料1202 范玉丽1050212219摘要：自修复材料近几年以其优异的损伤管理性能备受关注,而在这些自修复材料中自愈性水凝胶由其良好的亲水性等而在医用方面尤为突出.这种软物质由具有动态特性的交联网络构建形成.这种材料具有本征性的自愈性,一方面可对外界破坏造成的损伤,进行自我修复.另一方面动态化学键对多种环境刺激具有响应性,能自我调节以适应环境变化,为将自愈性水凝胶开发为自适性多功能智能新材料奠定了基础.水凝胶具有优越的生物相容性以及和生物组织的相似性,在生物医用材料中如药物控制释放、组织工程修复、生物仿生等领域发挥着越来越大的作用,而开发具有自愈性的多功能智能水凝胶,将进一步拓展其应用.综述了近来基于动态化学的自愈性水凝胶的制备及其在生物医用材料领域中的应用研究.[1]关键词：自修复、水凝胶、物理型、化学型引文：材料的力学强度来自于结构的稳定性,而其实现自愈则需要本身产生流动相,二者是相互矛盾与相互协同的关系.水凝胶软而脆,结构内缺少分子链间相互作用,交联结构不具有动态特性,体系中仍然缺乏流动相,难以实现自愈.自20世纪80年代末,美国军方首先提出了智能材料和结构的概念,科学家一直在探索材料“自愈能力”的方法至今已有很多，如右图[2].据美国媒体3月5日报道,美国加州大学圣迭戈分校的生物工程学家加州大学圣迭戈分校的科学家们通过机械学原理创建一条“侧悬高分子链”,由水凝胶主体结构垂悬下来,给受损水凝胶部分一个可以攀附上来并重新粘合的机会,从而制出了自愈水凝胶早期的自愈性高分子材料主要集中于微胶囊、微管破裂引发再聚合实现修复损伤.早期材料的自愈性可以算是修补过程, 由于再聚合时需要引发相应的单体实现损伤部位的修补,因此这种自愈性通常只能实现一两次,无法重复修复损伤.目前的研究则更多集中在通过对材料本身的结构设计实现对材料损伤的自修复.这种自愈材料有赖于流动相机理,水凝胶中含有的水自然的充当了流动相,这种流动相分散了外界能量造成的冲击,并使材料在维持其骨架的情况下对物质和能量重新分配来达到新的平衡态.[1]正文1.物理型自愈合水凝胶[3]凝胶材料内部的氢键、疏水相互作用、静电作用、π-π堆叠等非共价键充当交联点,可通过他们的破坏和再形成实现自愈合的功能.有以下几种类型：疏水作用自愈合水凝胶、大分子扩散作用自愈合水凝胶、静电作用自愈合水凝胶、金属配体自愈合水凝胶疏水作用自愈合水凝胶：例：丙烯酰胺/辛基酚聚氧乙烯(4)醚丙烯酸酯疏水缔合水凝胶；将疏水基的甲基丙烯酸十八烷酯或丙烯酸二十二烷酯与亲水性的聚合物共聚反应,在亲水性聚合物网络中引入疏水相互作用,长的疏水性侧链在水溶液中聚集,充当可逆交联点.大分子扩散作用自愈合水凝胶：例：纳米粘土/高分子聚合物自愈合水凝胶将纳米粘土引入到凝胶体系中,其中纳米粘土在体系中充当交联点的作用,高分子单体与纳米粘土之间以氢键相结合,当凝胶发生破坏时,将破坏的凝胶断面相接触,界面附近的亲水性高分子链相互扩散再次形成非共价键,实现自愈合功能.研究发现,自愈合能力与纳米粘土百分含量、自愈合温度和接触时间有关.化学型自愈和水凝胶：化学型自愈合凝胶是指在凝胶分子内部引入化学键如酰腙键、亚胺键、双硫键、DA可逆共价键等,通过这些化学键的破坏和再结合以及可逆反应等实现凝胶的自愈合功能.现有如下几种类型：酰腙键自愈合水凝胶、双硫键自愈合水凝胶、芳基硼酸酯自愈合水凝胶、三硫酯自愈合水凝胶酰腙键自愈合水凝胶：酰腙键在动态非共价键中属于结合较稳定的一类,具有相对稳定的网络结构.在不同pH 值条件下,弹性模量随pH 降低略有增加,具有明显的频率依赖性,加入苯胺后,酰腙键的平衡受到影响,在中性条件下表现出了动态可逆的特性,而宏观上实现了自愈.自愈前后的水凝胶力学性能不存在明显差异.由于酰腙键和双硫键分别具有的酸碱响应和氧化还原响应,使得水凝胶在加入酸、碱、氧化还原物质时会出现溶胶-凝胶的转变,说明材料具有自适性.亚胺键自愈合水凝胶：亚胺键对于不同反应底物其平衡常数范围很广,如不同的氨基和醛基在不同环境下,包括在不同pH 值、不同溶剂体系等条件下存在丰富的变化情况,为材料提供了更多的可调控性. 目前广泛应用于生物医用材料中的高分子如壳聚糖、聚赖氨酸、聚乙烯亚胺、葡聚糖、蛋白质及多肽等物质含有丰富的氨基,且在现有的生物相容性高分子,如聚乙二醇上通过化学改性修饰上氨基与醛基也相对简单.在水凝胶被打孔后,界面提供的微小能量即使水凝胶产生流动相,一段时间后孔洞消失,界面变得模糊,材料完成自愈合此外,亚胺键的动态特性使得水凝胶在宏观上对外界环境具有多重响应的特征,并可在外力方向上产生自适性的调节.如体系中加入维生素B6衍生物如盐酸吡哆醛,由于吡哆醛与壳聚糖上的氨基具有更强的结合能力,因此原有的交联点被新的动态平衡取代,使得水凝胶崩解变成溶胶,类似的溶胶-凝胶变化也可以通过加入其他生物活性物质如赖氨酸等富含氨基的小分子调控动态平衡实现.此外,可以加入木瓜蛋白酶等对壳聚糖骨架进行降解,造成水凝胶的解体.在不同的外界刺激条件下,药物模型分子表现出不同的释放行为,具有可控释放的特点.值得一提的是,大分子蛋白药物,即溶菌酶在释放后活性几乎不受影响,为这一水凝胶在后续可能的在生物医用材料方面的应用提供了良好的基础对于开发生物医用的水凝胶,良好的生物相容性是不可或缺的.在生物组织之中,细胞是以三维形式分布的,因此,三维细胞培养也是目前细胞培养的新趋势.为了更好地模拟细胞生存环境,就要求在体外培养细胞时也能具有类似于体内的三维环境.生物相容性极好的水凝胶就是一种非常具有应用前景的细胞三维培养材料.同时,动态化学键的存在使得水凝胶内的细胞本身处于一种动态的环境之中,体内三维环境的变化会导致细胞生长状况及形态学的改变,而动态环境有助于细胞相互间的接触传递信息以及与环境的互动等.在动态水凝胶中,相对于二维培养环境可以更好地模拟这种变化,在更接近生理环境的状态下培养并观察细胞.同时,一种新兴的治疗手段——细胞治疗也受到了人们越来越多的关注.该疗法将具有特定功能的细胞在体外进行培养增殖后回输入注入病患体内进行治疗.而常规的输入手段是直接将细胞悬液注入静脉,这势必会导致注射细胞随血液循环、体液流动而大量流失,极大地影响了治疗效果.将细胞包覆于水凝胶内直接对患处进行注射则可以较好地解决上述的问题,实现更有效的主动靶向给药.这时,自愈性水凝胶的优势得到明显的体现,如制备过程简易温和,不会造成细胞活性的损失; 注射后破坏的水凝胶在患处实现自愈后保持了材料的相对完整性,可将细胞固定于患处,并保护细胞免受代谢系统的破坏. [2]三硫酯自愈合水凝胶：该类水凝胶中含有C=S双键和C—S单键,c=S双键可与自由基发生加成反应,生成新的C—S和C=S键,原有的两个C—s单键中有一个发生断裂形成新自由基进而与另一三硫酯单元发生反应,通过这一反应建立动态平衡,实现可逆加成一断裂链转移自由基聚合,最终实现自愈合功能.结语：水凝胶自愈技术虽好,目前却还停留在试验阶段,本人认为若研究出并掌握这一技术可用于各种可用于各种领域下,医学方面如近视、远视、白内障、骨膜修复等的治疗,还可以根据这一发现做成各种化妆品等,做新型玩具等总之有很好的前景.只是同是也要考虑下污染处理的问题,怎样让它在设定的时间降解同时又不影响其品质也是一问题.参考文献[1] 张亚玲，杨斌，许亮鑫，等. 基于动态化学的自愈性水凝胶及其在生物医用材料中的应用研究展望[J]. 化学学报. 2013(71): 485-492.[2] Lin B, Lu J. Self-healing mechanism of composite coatings obtained by phosphating and silicate sol post-sealing[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014, 24(8): 2723-2728.[3] 赵志桩，王法，张晓阳，等. 智能水凝胶研究进展[J]. 化学工程师. 2014, 28(1): 33-36.。
自修复环氧防腐涂层的研究进展
自修复环氧防腐涂层的研究进展目录1. 内容综述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状概述 (4)2. 自修复环氧防腐涂层材料的设计与制备 (5)2.1 材料选择与改进 (6)2.2 涂层制备方法与优化 (8)2.3 涂层性能评价标准建立 (8)3. 自修复环氧防腐涂层的机理研究 (9)3.1 自修复机制的探究 (10)3.2 防腐效果的评估方法 (12)3.3 涂层与基材的界面结合分析 (13)4. 自修复环氧防腐涂层在典型环境中的应用 (14)4.1 在金属腐蚀环境中的应用 (15)4.2 在化工环境污染环境中的应用 (17)4.3 在海洋工程防腐环境中的应用 (18)5. 自修复环氧防腐涂层的性能改进与优化 (18)5.1 提高耐磨性、耐腐蚀性和耐候性 (20)5.2 优化涂层结构与成分以提高整体性能 (21)5.3 涂层的多功能化与集成化研究 (22)6. 实际应用案例分析 (23)6.1 工程实例介绍 (25)6.2 应用效果与评价 (26)6.3 经验教训与发展建议 (27)7. 结论与展望 (28)7.1 研究成果总结 (29)7.2 存在问题与挑战 (31)7.3 未来发展方向与前景展望 (32)1. 内容综述随着科技的不断发展，自修复环氧防腐涂层作为一种新型环保型涂料，逐渐受到人们的关注和重视。
自修复环氧防腐涂层具有优异的耐磨、耐腐蚀、抗老化等性能，能够有效地延长物体的使用寿命，降低维修成本，减少对环境的污染。
国内外学者在自修复环氧防腐涂层的研究方面取得了一系列重要进展。
自修复环氧防腐涂层的制备工艺得到了不断的优化，研究人员通过采用不同的成膜基料、添加剂和分散剂等，成功地实现了不同类型自修复环氧防腐涂层的制备。
还研究了纳米颗粒、微米级颗粒等特殊功能填料在自修复环氧防腐涂层中的应用，进一步提高了涂层的性能。
自修复环氧防腐涂层的性能研究取得了显著成果，研究人员通过对不同种类的自修复环氧防腐涂层进行对比试验，发现其具有较高的抗划伤性、耐磨性和耐腐蚀性，能够有效抵抗各种恶劣环境的侵蚀。
自组装(自修复)材料
谢谢大家！
自组装（自修复）材料
基于非共价键的本征型自修复聚合物材料
对于外援型自修复聚合物材料，聚合物基体中微胶囊、微管等， 受到外力作用而破裂，释放出的单体在一定条件下实现再聚合达 到修复效果，其本质算是修补过程。显然，这种外援型修复效果 受限于修复试剂包覆效果，引发单体聚合需要的苛刻条件，以及 修复次数有限等而发展缓慢。
自组装（自修复）材料
微胶囊法
自组装（自修复）材料
微胶囊法
微胶囊中的囊芯的释放可分为因瞬间被打破而释放和逐 渐从胶囊中缓慢释放两种情况。 瞬间释放：
1、用各种形式的外力如机械压碎、摩擦以及使之变 形等方法使胶囊破裂；
2、在热的作用下使之熔化； 3、用化学方法如酶的攻击，溶剂(包括水)的溶解或提 取的方法等。
自组装（自修复）材料应用前景
手机碎屏
自组装（自修复）材料应用前景
“自我修复材料”的应用范围极为广泛，包括 军用装备、电子产品、汽车、飞机、建筑材料等 领域，其中以其在智能手机和平板电脑屏幕上的 应用最受关注。
该技术的重大意义在于，可避免资源与资金的 浪费。在过去，一旦手机屏幕破损，用户不得不 将之丢弃，这样势必会造成浪费，而“自我修复 材料”能有效地解决这方面的问题。
2.复）材料
自组装（自修复）材料是一种在物体受损时能够进 行自我组装或修复的新型材料。这种材料被注入到 塑料聚合物内，当物体开裂时，注入的材料会释放 出来，对受损的物体表面进行自动修复。
自组装（自修复）材料的发展
2001年，White等首先制备出微胶囊包覆型自修 复材料。
此后十年，自修复材料得到了快速发展。
科学家们已经通过各种不同的策略和方法制备出了 许多自修复材料，主要包括金属材料，陶瓷材料，以 及聚合物材料。
聚合物材料的自修复及其应用
聚合物材料的自修复及其应用自修复材料是近年来材料科学领域的一个热门研究课题，其最大的特点是在遭受损伤后，能够在不需外部介入的情况下自我恢复。
聚合物材料是一种常见的材料，被广泛应用于塑料、橡胶、建筑材料等领域。
由于聚合物材料耐久性较差，容易受到环境因素的损伤，如温度变化、光照、化学物质等，因此聚合物材料的自修复能力就显得尤为重要。
聚合物材料的自修复机制主要有以下几种：1.化学交联化学交联是将两种化学单体或聚合物相互反应，以形成一个高分子网络结构的过程。
聚合物材料在发生断裂时，断裂面上的单体或者聚合物能够进一步反应交联，形成新的化学键连接，从而恢复其整体性能。
2.热致变形热致变形是指在材料受到热力激励时，分子链间出现松动，从而使聚合物材料自动修复。
当聚合物材料发生断裂时，其周围的分子就会发生热致变形，从而填补缝隙，恢复整体完整性。
3.自交联自交联是指聚合物材料自身发生反应，形成新的化学键连接，从而恢复其力学性能。
这种反应一般需要刺激，如触摸、摩擦等。
4.微胶囊修复微胶囊修复是将一定量的修复剂封装在胶囊内，分布在聚合物材料中。
当材料受到损伤时，微胶囊破裂释放修复剂，使聚合物分子重新融合。
以上几种自修复机制都能够帮助聚合物材料恢复其完整性，并在一定程度上增强材料的耐用性。
聚合物材料的自修复不仅仅是理论上的研究，还有其实际的应用价值。
聚合物材料的自修复可以用于汽车、航空、建筑等领域，增强材料的耐久性，从而延长材料的使用寿命。
同时，在减少人工维护成本的同时，提高了维护效率，为人类创造更加便利的生活方式。
目前，聚合物材料的自修复技术存在一些挑战。
其中，最大的挑战之一就是自修复效果的稳定性。
在长时间的使用过程中，自修复效果可能会减弱或者失效。
因此，如何保持自修复效果的持久性就成为了一个需要解决的问题。
总之，随着材料科学的不断发展，聚合物材料的自修复技术将会成为材料领域的一项重要技术，并为人们的生活创造更加便利和高效的方式。
高分子材料自修复性能研究
高分子材料自修复性能研究随着现代工业技术的不断发展，高分子材料作为一种极具应用前景的新材料，已经被广泛应用于航空、航天、汽车、电子等诸多领域。
但是，高分子材料在使用过程中，不可避免地会受到外部环境的影响，比如物理冲击、热变形、化学腐蚀等。
这些因素会导致高分子材料出现损伤，从而影响其使用寿命和性能。
为了解决这个问题，科研人员开始研究高分子材料的自修复性能。
本文将介绍高分子材料自修复性能的研究进展和应用前景。
一、高分子材料自修复性能的研究进展高分子材料的自修复性能指的是在外力引起的损伤后，高分子材料可以在一定条件下自主进行修复。
目前，高分子材料自修复性能的研究主要分为三个方面：自愈合、自缩合、自生长。
1. 自愈合自愈合是指高分子材料在受到损伤后，利用内部原有的物质或额外加入的物质，自行进行愈合，在一定程度上恢复原本的结构和性能。
这种修复方式主要应用于聚合物材料，包括共聚物、交联聚合物、高分子混合物等。
目前，许多研究人员致力于研究自愈合材料的合成和机理。
其中，一种常用的方法是利用高分子之间的相互作用力，例如氢键、离子键、范德华力等，将自愈合物质引入到高分子材料中。
这些物质可以在高分子材料中形成局部的物理挤压效应，从而在受损位置产生愈合效应。
2. 自缩合自缩合是指高分子材料在受到损伤后，在一定条件下，仅进行缩合修复。
这种修复方式主要应用于自缩合材料中，比如含有自缩合基团的聚合物、交联聚合物、溶胶凝胶等。
自缩合材料的修复机制主要是利用自缩合基团的特殊性质进行修复。
这些基团可以通过自身的缩合作用，形成一种类似黏合剂的物质，在高分子材料中形成局部的修复效应。
3. 自生长自生长指的是高分子材料在受到损伤后，利用外界的物质和自身内部的物质，进行自我生长修复。
这种修复方式主要应用于含有自生长基团的聚合物材料中。
自生长材料的修复机制主要是利用自生长基团的特殊性质进行修复。
这些基团可以通过在一定条件下的反应，生成一种与原材料相似的物质来填补损伤处。
自修复高分子材料
自修复高分子材料王怡颖【摘要】高分子自修复材料自发明至今一直是智能材料领域的研究热点,相对于其他无机杂化等材料,其具有无可比拟的优势,且符合可持续发展的战略需求.本文主要介绍了高分子自修复材料的性能,其中从作用机理出发,着重阐述了本体型自修复材料的相关内容,并对自修复材料的发展和应用进行了展望.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】3页(P53-55)【关键词】自修复高分子材料;机理;动态可逆【作者】王怡颖【作者单位】龙口第一中学山东 264000【正文语种】中文【中图分类】T前言自修复性能又名自愈合性能，是指材料在没有任何外界因素的作用情况下，自身能够对缺陷进行自我辨识、管控并复原的能力。
自修复机理来源于仿生学中，生物体具有的自动感知、自动响应和自愈合损伤的特性。
在高分子材料的使用过程中，材料内部不可避免地会产生微裂纹，而这些微裂纹是宏观裂缝出现的根本原因，它会破坏高分子材料的整体性且不易探测，从而影响材料的性能和寿命。
因此，具有自诊断、自修复功能的智能自修复材料应运而生，并迅速成为新材料领域的研究重点之一。
与传统高分子材料相比，自修复高分子材料的优越性主要体现在以下几个方面：（1）方位相对固定，由裂纹引起进一步反应，在破裂处进行修复，针对性相对较强。
（2）具有自主运行性，不需要人为采用感官和设备对其进行观察，监测过程中人力资源耗损量有所降低。
（3）能够排除材料内部破损隐患，在高精端设备中保持优良性能和提高安全性。
（4）可以延长材料的使用年限，降低材料运营期间的维修与养护成本，满足环境友好型社会建设需求。
目前，自修复高分子材料可以基本分为两大类：外援植入型和本征型。
1.外援植入型自修复高分子材料外援植入型自修复高分子材料的作用机理主要是由于在材料的加工制造过程中，人们会在材料内部填充或复合进修复剂。
当材料受到损伤时，修复剂便被激发或释放。
目前比较成功的有两种：微胶囊型和纤维血管型。
生物可降解聚合材料聚羟基乙酸
生物可降解聚合材料聚羟基乙酸聚羟基乙酸(PGA)作为医用的生物可吸收高分子材料是目前生物降解高分子材料中最活跃的研究领域，当代生物材料的发展不仅强调材料自身理化性能和生物安全性、可靠性的改善，而且更强调赋予其生物结构和生物功能，以使其在体内调动并发挥机体自我修复和完善的能力，重建或康复受损的人体组织或器官。
聚乙醇酸是生物降解材料类高分子中结构最简单的一个，也是体内可吸收高分子最早商品化的一个品种。
1. PGA的结构和性能聚羟基乙酸(PGA)分子组成有一个重复的单元(COCH2O)n，它来源于ɑ-羟基酸，即乙醇酸(HO-CH2COOH)，它是正常人体在新陈代谢过程中产生的。
乙醇酸的聚合物就是聚经基乙酸(PGA) 或者叫做聚乙醇酸。
PGA是半晶型的聚合物，X射线衍射显示结晶度为45%～55%，熔点T m为220～225℃，玻璃转化温度T g 为36～40℃。
同其他的聚合物一样，PGA的性能主要依赖于其受热历史、分子量、分子量分布及纯度等。
用不同的制备方法，所得的聚合物的性能参数有所不同。
由于其结晶度高分子链，能够进行紧密的堆积的排列，所以它有很多独特的化学、物理和力学性能。
PGA的密度可高达1.5～1.7g/m3。
PGA只溶于高氟代的有机溶剂，如六氟代异丙醇。
聚合物链上酯键的水解是PGA降解的根本原因，其端羧基对水解起自催化作用。
其降解受结晶度、温度、样品分子量、样品形态、降解环境及缓冲溶液pH值等的影响。
大量实验表明，聚羟基乙酸在体内完全降解而不需特殊酶的参与，而且降解后的产物可在体内吸收代谢，最终从尿及呼吸道排出：聚羟基乙酸→羟基乙酸→乙醛酸→甘氨酸→丝氨酸→丙酮酸→乙醛辅酶A↓↓↓↓尿草酸二氧化碳二氧化碳↓↓尿二氧化碳、水2. 聚羟基乙酸( PGA) 的合成2.1 羟基乙酸的熔融缩聚法简单的熔融缩聚即在常压下加热羟基乙酸，保持温度在175～185℃进行反应，并在水分蒸馏停止后把压力降低到2×104 Pa，继续反应2h后得到相对分子质量在几十至几千的低聚物。
高分子材料的自愈合机制与应用
高分子材料的自愈合机制与应用在材料科学的广袤领域中，高分子材料的自愈合性能无疑是一颗璀璨的新星。
自愈合材料能够在遭受损伤后，无需外部干预，自主地恢复其结构和性能，这种神奇的特性为材料的使用寿命和可靠性带来了革命性的改变。
自愈合机制的实现，依赖于多种巧妙的设计和原理。
其中，微胶囊技术是常见的一种策略。
将修复剂包裹在微小的胶囊中，均匀分布在高分子材料内部。
当材料出现裂纹时，胶囊破裂，释放出修复剂，修复剂与材料中的成分发生化学反应，从而实现愈合。
就好比我们身体受伤时，血小板会聚集在伤口处形成血凝块来止血和修复，微胶囊中的修复剂就像是这些血小板，迅速响应损伤并发挥修复作用。
另一种重要的自愈合机制是基于动态共价键。
共价键通常被认为是非常稳定的化学键，但在特定条件下，某些共价键可以实现动态的断裂和重组。
将这种动态共价键引入高分子材料中，当材料受到外力产生损伤时，这些键能够在适当的条件下重新形成，完成自愈合过程。
这就好像是一座可以自行修复的桥梁，即使部分结构受损，也能通过自身的调整恢复稳固。
高分子材料的自愈合性能在众多领域展现出了广阔的应用前景。
在电子领域，自愈合高分子材料可以用于制造柔性电子器件。
我们现在使用的智能手机、平板电脑等电子产品越来越追求轻薄和柔性，但在日常使用中难免会受到碰撞和刮擦。
如果采用具有自愈合性能的高分子材料作为屏幕或外壳，那么即使出现了划痕或裂纹，也能够自动修复，延长电子产品的使用寿命，同时保持良好的外观和性能。
在汽车工业中，自愈合高分子材料也有着巨大的潜力。
汽车的车身和零部件在行驶过程中会受到各种冲击和磨损，使用自愈合材料可以减少维修成本，提高汽车的安全性和可靠性。
想象一下，如果汽车的油漆涂层能够自动修复划痕，车身结构在受到轻微碰撞后能够自我恢复，那将为车主带来极大的便利。
然而，尽管高分子材料的自愈合性能带来了诸多令人兴奋的可能性，但目前仍面临一些挑战。
首先，自愈合效率和程度还有待提高。
自修复高分子材料近五年的研究进展
自修复高分子材料近五年的研究进展一、本文概述自修复高分子材料，作为一种具有自我修复能力的智能材料，近年来在科学研究和实际应用中引起了广泛关注。
这类材料能够在遭受损伤后，通过内部机制或外部刺激，实现自我修复，恢复其原有的结构和性能。
这种特性使得自修复高分子材料在延长材料使用寿命、提高设备安全性以及减少维护成本等方面具有显著优势。
近五年来，自修复高分子材料的研究取得了显著的进展。
研究者们通过设计新型的自修复机制、开发高效的修复剂、优化材料制备工艺等手段，不断提升自修复高分子材料的性能和应用范围。
本文旨在综述近五年自修复高分子材料的研究进展，包括自修复机制的创新、材料性能的提升、以及在不同领域的应用案例等方面。
通过对这些研究成果的梳理和分析，我们期望能够为自修复高分子材料的未来发展提供有益的参考和启示。
二、自修复高分子材料的分类与原理自修复高分子材料，作为一类能够自主修复损伤的智能材料，近五年来受到了广泛的关注和研究。
根据修复机制的不同，自修复高分子材料主要可以分为两类：外援型自修复材料和本征型自修复材料。
外援型自修复材料通常依赖于外部添加剂，如修复剂或催化剂，来触发修复过程。
当材料出现裂纹或损伤时，外部添加剂会流动到损伤部位并在一定条件下（如温度、光照、化学反应等）触发修复反应。
这类材料的修复效果往往取决于添加剂的流动性、反应活性以及损伤部位的可接近性。
近年来，研究人员通过设计新型的修复剂和催化剂，以及优化添加剂与基材之间的相互作用，显著提高了外援型自修复材料的修复效率和耐久性。
本征型自修复材料则不依赖于外部添加剂，而是通过在材料内部预先嵌入修复剂或修复机制来实现自我修复。
这些修复剂可以是预先嵌入的聚合物链、微胶囊、纳米纤维等。
当材料受到损伤时，内部的修复剂会被激活并流动到损伤部位，通过化学键的重新形成或物理交联的重建来修复损伤。
由于不需要外部添加剂，本征型自修复材料具有更好的长期稳定性和环境适应性。
自修复高分子材料的研究现状及发展
自修复高分子材料的研究现状及发展摘要：近年来，智能自修复高分子材料越来越引人注目。
未来的开发阶段包括(1)改进的维修效率和维修，以便快速维修。
(2)简化合成工艺，降低材料成本；(3)绿色环保，开展符合环境保护的可持续发展项目。
综上所述，聚合物自修复材料具有非常广泛的发展前景。
但是我国这个领域的研究还与世界先进水平有所不同，因此我们需要继续进行更深入的研究，将其迅速应用到科学技术和商业市场，以谋求全人类的利益。
本文基于自修复高分子材料的研究现状及发展展开论述。
关键词：自修复；高分子材料；研究现状及发展引言今天，随着社会的快速发展，对材料的性能要求越来越高。
自修复聚合物材料由于其自修复功能性质，具有延长材料寿命和降低材料使用过程中维护和维护成本的优点，因此自修复聚合物材料在未来的各个领域具有良好的应用和发展前景。
1自修复高分子材料概述自修复型高分子材料是指高分子材料在受到损伤后可在宏观和微观自行修复，并在一定程度上恢复其力学性能的一类高分子材料。
依据修复的特征，自修复型高分子材料可分为本征型和外援型两大类。
外援型聚合物自修复材料通常是指向聚合物基体中引入包覆有修复剂的微胶囊、微管或中空纤维等的复合材料。
当材料受到损伤时，包覆层破裂并释放出修复剂，修复剂之间相互反应从而完成修复过程。
如Ｗｈｉｔｅ等首次向环氧树脂中同时引入了包覆有环戊二烯修复剂的微胶囊和分散于基体中的Ｇｒｕｂｂｓ催化剂，当复合体系受到损伤时，微胶囊破裂，修复剂释放出来并与催化剂反应，形成新的聚合物从而实现裂纹的修复。
本征型聚合物自修复材料则是指聚合物通过大分子链自身的运动、缠结或可逆的化学反应（Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ反应、可逆酰腙键的形成、可逆双硫键的形成、硼酸酯键的形成等）、非共价键作用（超分子相互作用，如氢键、离子键、π－π堆叠等）而引发修复功能的一类高分子材料。
外援型自修复材料由于受修复剂的限制而无法实现多次修复，且修复的效果强烈依赖于修复剂的包覆效果。
智能高分子材料硕士
智能高分子材料硕士智能高分子材料是当今材料科学研究领域的一个重要分支，其在医学、化工、电子等领域都有广泛的应用。
本文将从定义、分类、应用等方面全面介绍智能高分子材料，并探讨其未来的发展方向。
一、定义智能高分子材料是一种能够根据环境变化或外界刺激进行自主反应、改变形态和性质的材料。
它具有自我修复、自我组装、自我调节等特点。
这些特性使得智能高分子材料在应用时能够更好地适应环境的需要。
二、分类根据材料的性质和反应方式，智能高分子材料可以分为以下几种类型：1.温度敏感型：该类型材料的相转变温度随着环境温度的变化而变化，使得其在高温或低温环境下具有不同的物理和化学性质。
2.化学敏感型：该类型材料可以对环境中的化学物质做出反应，例如pH值的变化、氧化还原等。
3.光敏感型：该类型材料对光敏感，可以通过吸收光线来进行反应，例如相转变和断链反应等。
4.电敏感型：该类型材料可以对电场、电流等信号做出反应，具有电致变色、电致流变、电致发光等性质。
三、应用智能高分子材料在医学、化学、电子等领域有着广泛的应用：1.医学应用：智能高分子材料可以制备可用于人体内的药物缓释材料，以及可用于医疗、诊断的医用高分子材料。
2.化学应用：智能高分子材料可以用于化学传感器、生化传感器、环境监测等领域。
3.电子应用：智能高分子材料可以制备柔性显示屏、可调电感器、电致发光器等。
四、未来发展方向未来智能高分子材料的发展方向在于：1.材料的功能多样化：在不同领域应用的需求下，材料需要满足更多的功能，例如多刺激响应、记忆性能、自愈合性能等。
2.材料的结构、形态的控制：通过改变材料的结构和形态，进一步优化材料的性能和应用领域。
3.与其他材料的组合：智能高分子材料可以与纳米颗粒、金属、陶瓷等材料组合，使其具有更多的性能。
综上所述，智能高分子材料是一种具有自主反应、自我修复等特性的材料，其在医学、化学、电子等领域有着广泛的应用。
未来的发展方向在于材料的多样化、结构形态的控制、与其他材料的组合等方面。
功能高分子材料及应用
功能高分子材料及应用《功能高分子材料及应用篇一》功能高分子材料，听起来就像是那种超级高大上、离我们生活很遥远的东西，但其实啊，它就像一个隐藏在我们身边的超级英雄，默默地改变着我们的世界。
我第一次对功能高分子材料有印象，是在一次科技展览会上。
当时看到一个像塑料薄膜一样的东西，工作人员介绍说这是一种具有特殊功能的高分子材料。
我当时就想，这不就是个塑料嘛，能有啥特殊的？可人家告诉我，这个薄膜可以自我修复，就像皮肤划破了能自己长好一样。
我当时就惊到了，“啥？这也太牛了吧！”这就好比是一个拥有自愈能力的金刚不坏之身啊。
你知道吗？功能高分子材料在医疗领域那可是大显身手。
比如说人造器官，也许以前你觉得人造器官就是那种硬邦邦、很不自然的东西。
但现在有了功能高分子材料，它可以模拟人体器官的柔软度和功能。
就像心脏支架，这玩意要是用普通材料，可能会对身体产生一些不良影响。
但功能高分子材料做的心脏支架，就像一个贴心的小卫士，默默地在血管里支撑着，还不会引起身体的排异反应。
这就好像是它在和身体细胞说：“嘿，哥们，我来帮你了，别排斥我啊。
”在环保方面，功能高分子材料也像是一个拯救地球的小天使。
有一种高分子材料可以吸附污染物，就像一个贪婪的小怪兽，把那些脏东西都吞进肚子里。
我想啊，要是把这种材料撒到那些被污染的河流里，是不是就能让河流重新变得清澈见底呢？可是，这也许没那么简单，可能会有成本的问题，也可能会有其他的技术难题。
但不管怎么说，这就是功能高分子材料给我们带来的希望。
还有在电子领域，那些电子产品越来越小，越来越智能，这里面也有功能高分子材料的功劳。
它就像是一个魔法精灵，在电路板上施展着自己的魔力，让电子元件能够更好地发挥作用。
我觉得我现在用的手机，说不定里面就有好多这种神奇的材料呢。
不过呢，功能高分子材料也不是十全十美的。
有时候，它的研发成本可能会很高，就像一个贵族，不是谁都能用得起的。
而且，在大规模生产的时候，可能会遇到一些技术上的瓶颈。
基于配位键的自修复PDMS高分子材料
基于配位键的自修复PDMS高分子材料损坏降解和失效是材料应用的自然结果,传统的工程研究一直都集中于设计具有更加稳健性的新材料或是发展对材料无损检测评价的新方法,这些思路并没有取得太大的成功。
相比之下,生物系统能够以一种友好的自我修复方式解决这一问题。
自修复材料具有自我修复的能力,能够利用固有的资源去回复原有的功能,无论自我修复的过程是自发的还是需要外界刺激(例如,通过加热)。
自修复材料的出现提供了实现材料更加安全化与持久性的新途径。
这种材料可以改善材料的功能性、可靠性以及寿命,因此自修复材料的发展受到了全球各地研究人员的关注。
本论文主要包括三部分内容:一、利用钴-三氮唑相互作用而得到的具有溶剂变色性质的自修复材料。
二、利用铁-三氮唑相互作用而得到的高度弹性的温和温度自修复材料。
三、利用锌-席夫碱相互作用而得到的室温自修复材料。
1.基于钴-三氮唑高分子配合物的自修复和溶剂变色性质研究我们利用5-(4H-1,2,4-三唑-4-基)间苯二甲酸(TIA)和NH2-PDMS-NH2为原料合成了线性交联高分子TIA-PDMS,然后利用钴与三氮唑之间的配位作用得到了Co-TIA-PDMS高分子膜。
这种高分子膜能够在甲醇和水的作用下具有溶致变色的性质,发生了四配位到六配位的转变,从蓝色变为浅白色。
这种高分子膜的最大拉伸倍数为5.6倍,杨氏模量为1.12 MPa。
通过对其自修复性质的研究,表明了较高的修复温度与较长的修复时间都利于自修复效率的提高,最合适的修复温度为120 ℃,在这个温度下修复24 h后自修复效率达到47.3%;在甲醇作用下室温修复48 h后,自修复效率达到33.5%。
2.基于铁-三氮唑高分子配合物的力学性质和自修复性质研究我们利用三价铁与三氮唑的配位作用合成了 Fe-TIA-PDMS高分子膜,这种高分子膜表现出了良好的自修复性质以及力学性质。
通过对其力学性质的研究,这个高分子膜能够拉伸的最大倍数为34倍,它的杨氏模量为0.46 MPa;通过对拉伸回复曲线的测定,表现了良好的弹性。
自愈合凝胶的应用原理是
自愈合凝胶的应用原理前言自愈合凝胶是一种具有令人惊叹的应用潜力的材料。
它可以在受损处形成自我修复的能力，避免传统材料在受损区域无法恢复正常功能的问题。
本文将介绍自愈合凝胶的应用原理及其相关领域的研究进展。
自愈合凝胶的介绍自愈合凝胶是一种具有特殊结构的凝胶材料，其内部含有能够主动修复破损部分的微胶囊。
当凝胶受到外部应力导致破损时，这些微胶囊会释放出内部的修复液体，填充破损部分并恢复凝胶的完整性。
自愈合凝胶的应用原理自愈合凝胶的应用原理包括凝胶结构、微胶囊的设计和修复液的成分。
1. 凝胶结构自愈合凝胶的基础结构是一种具有弹性的高分子凝胶材料，它能够通过内部的交联网络维持其凝胶状态。
这种内部结构使得凝胶具有一定的柔软性和可塑性，在受到外部应力时能够恢复原状。
2. 微胶囊的设计微胶囊是自愈合凝胶中的关键组成部分，它包裹着修复液体，并能够在凝胶受损时释放出修复液体。
微胶囊通常由多层材料组成，例如聚合物壳和磷脂双层。
这种设计可以保护修复液体不受外界环境的影响。
3. 修复液的成分修复液是自愈合凝胶的另一个重要组成部分，它能够填充破损部分并与凝胶结构相结合，实现修复效果。
修复液的成分可以根据具体需求进行选择，常见的成分包括聚合物前体、溶剂和交联剂等。
自愈合凝胶的应用领域自愈合凝胶具有广泛的应用潜力，目前已经在多个领域得到了应用。
1. 医学领域自愈合凝胶在医学领域具有重要意义，可以用于制造可服用的药物载体、修复组织缺损、辅助手术等。
例如，自愈合凝胶可以制成可附着在受损组织表面的修复材料，实现组织的自我修复。
2. 纳米技术领域自愈合凝胶在纳米技术领域也有重要应用。
研究人员利用自愈合凝胶的特性，开发出能够在纳米尺度上进行修复的材料。
这种材料可以在纳米颗粒间形成自愈合的连接，实现纳米器件的修复和组装。
3. 材料工程领域自愈合凝胶在材料工程领域有着广泛的应用。
例如，自愈合凝胶可以用于制造具有自我修复能力的涂层材料，用于防止材料表面的破损和腐蚀。
成功开发了显示迅速自我修复性的功能性材料--期待开发能够在各种环境中自我修复的实用材料-
成功开发了显⽰迅速⾃我修复性的功能性材料--期待开发能够在各种环境中⾃我修复的实⽤材料-成功开发了显⽰迅速⾃我修复性的功能性材料 - -期待开发能够在各种环境中⾃我修复的实⽤材料-理化学研究所(理研)环境资源科学研究中⼼先进功能催化剂研究组的侯召民⼩组主任(环境资源科学研究中⼼副中⼼长、开拓研究总部侯有机⾦属化学研究室主任研究员)、杨扬特别研究员(研究当时)、欧⽂旺特别研究员(研究当时)、由西浦正芳专职研究员(开拓研究总部侯有机⾦属化学研究室专职研究员)等组成的联合研究⼩组，通过使⽤稀⼟⾦属[1]催化剂，实现了2种极性烯烃[2]和⼄烯的“精密三元共聚[3]”，是⼀种显⽰迅速⾃我修复性能的新“功能性聚合物” -本研究成果不仅将在⼤⽓中，还将在⽔、酸和碱性⽔溶液等各种环境下，为开发可⾃我修复且实⽤性强的新型功能性材料做出巨⼤贡献。
这次，联合研究⼩组通过使⽤独⾃开发的钪( Sc )催化剂，⾸次实现了⼄烯和取代基不同的2种酰基丙烯类[4]的精密三元共聚。
得到的新聚合物显⽰出伸长率约1，400 %、断裂强度约3兆帕斯卡( MPa、1MPa为100万帕斯卡)和优异的弹性体物性[5]，并且能够迅速(最快1分钟)进⾏⾃我修复。
另外，即使不从外部施加⼀切刺激和能量，不仅在⼤⽓中，在⽔、酸和碱性⽔溶液中也显⽰出⾃我修复性能。
另外，通过改变2种酰基丙烯类的组成⽐，可以在-31℃~98℃的任意温度下精密控制玻璃化温度( Tg ) [6]。
本研究成果⼊选科学杂志《angewandte Chemie international edition》前5%的重要论⽂( VeryImportant Paper:VIP )，并于11⽉9⽇在线刊登。
背景能够从损伤中⾃我修复的材料的开发，在学术上和实⽤上都是极其重要的。
现有的⾃修复材料中，已知有利⽤氢键[7]和离⼦相互作⽤等精巧地设计的材料。
但是，由于它们的相互作⽤容易被⽔和酸等破坏，因此以往的材料在富有变化的实际⾃然环境下⼏乎不能发挥作⽤是⼀个课题。
“自愈”橡胶：可自我修复的“魔力”新材料
与会专家和领导听取 了该项 目研制工作情况汇 报 ，审查 了有关技术资料 ，并到浙江三鼎科技有限 公 司工厂 实地 考察 产 品实 样 和设 备 投 入 作 业 情 况 。 与会 专家 和省 市 专家 领 导 对 “ 米 絮 凝 剂 ” 项 目 纳
投入。这种高校与企业资源优势互补 ，结合地方特 色需求 的合作方式 ，也为地方科技的发展提供了一
种 良好 的模 式 。 浙 江 三 鼎 科 技 有 限公 司 是 一 家 集 环 保 技 术 产
剂”是由经有机无机 复合并 纳米化 的蒙脱 石等产 品制备 ，可做 印染 废水 高效 净 水剂 ，并 形成 了系列 产品，拓展应用领域。同时，无机 一 有机 一 矿物絮 凝吸附剂的协同作用 ，对不 同印染废水的处理具有
一
具有针对性的复合纳米絮凝剂 。从而推进浙江省甚 至全国的印染废水处理水平 。同时 ，项 目 研制开发 的系列产品还可以用于其它行业 的废水处理 。 绍兴 市拥 有 中国轻 纺城 这 个全 国规 模最 大 、设 备齐备 、经营品种最多的纺织品集散 中心 ，也是亚
个 产 品 、启动 一个 市 场 、带动 一个 系列 、发展 一
法 国 国家科 学 研究 中心 和阿科 玛 化工公 司的研
究人员称 ，他们研制出的这种高分子聚合物 ，破损 后在 ２ Ｏ摄 氏 度 环 境 中经 过 大 约 １ ５分 钟 挤 压 就 能
“ 愈”橡胶的合成成分包含普通蔬菜油中提 自 取的脂肪酸和其合成过程中分步加入的二乙烯三胺 和尿酸 。二 乙烯三胺和尿酸都是廉价、常见的化学
全 国的 １４ ／ ，印染 布能 力 占全 国 ３ ％ ，纺织 的发 达 ０
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在全球范围内，研究人员正围绕锂离子电池进行着激烈的竞争，他们工作的目标是寻找到在锂离子电池负极存储更多电能的途径，以便更进一步地提高锂离子电池的性能，同时降低电池的重量。
迄今为止，人们认为最具有发展前景的电极材料之一是硅。
电池在充电时，硅材料电极拥有极强的从电池液中摄取锂离子的能力；放电时，它能迅速地释放存储的锂离子让电池输出电能。
但是，如此高性能的后面则是高昂的代价。
每当电池充电时，硅电极的体积会膨胀至正常大小的3倍，放电后再恢复至原形。
于是，具有脆性的硅材料很快就会出现裂痕并脱落，严重地影响电池的性能。
对于高性能电池来说，电极的缺陷是它们普遍具有的问题。
不过，锂离子电池电极的问题有望在不久的将来得到解决，因为美国斯坦福大学和能源部科学家近日表示，他们首次研发出了能够进行自我修复的电池电极，该研究成果为汽车、手机和其他设备制造下代锂离子电池开辟了新的潜在可行的途径。
斯坦福大学和能源部SLAC国家加速器实验室联合研究小组介绍说，自我修复电极采用已广泛应用在半导体和太阳能电池行业的硅微粒材料制成，其核心是在电极表面覆盖具有延展性的高分子涂层，该材料相互间紧密相连。
电池在工作时，如果涂层出现微小裂痕，高分子材料能够自我修复这些裂痕。
相关的研究报告将发表在最新的《自然·化学》杂志上。
斯坦福大学博士后、文章作者之一王超（音译）表示，动物和植物的自我修复能力对它们的生存和长寿十分重要，研究小组所希望的是将自我修复的特性在锂离子电池中体现出来，以便电池具有更长的寿命。
在斯坦福大学鲍振安（音译）教授领导的实验室中，王超开发出了自我修复的高分子材料。
鲍教授的研究小组从事弹性电子皮肤材料的研究，该材料用于机器人、假肢等。
清华大学研究人员吴辉（音译）是文章的主要作者之一，他曾在斯坦福大学做博士后研究。
在电池项目上，研究人员将微小的碳纳米粒子加入高分子材料中让其导电。
为获得自我修复涂层材料，他们有意地采取措施，弱化了高分子内某些化学键，如此处理后的材料容易出现断裂，但是断裂端又能以化学方式相吸引，很快再次连接起来，如同DNA等生物分子实现组装、重排和断裂的过程。
研究显示，自我修复电极在经过上百次充/放循环后，电能存储能力没有显著的下降。
鲍教授说，在电池电极具有自我修复高分子涂层后，由于高分子材料能在数小时内修复自身的微小裂痕，因此电池的寿命延长了10倍。
SLAC国家加速器实验室教授、与鲍教授共同领导研究的副教授崔毅（音译）认为，现在电池储能的能力已实现了实用范围值，不过他们仍将继续向更高的目标努力，因为上百次充/放电的数据离手机500次以及电动汽车3000
次充/放电的目标还有相当大的差距。
崔毅和其他地方的研究人员一样，为保持硅电极不变和改善它们的性能，对不同的方法进行了大量的研究。
虽然有些研究成果得到了商业应用，但是这些方法中采用了有毒材料和加工技术，这给大批量生产带来了难题。
研究人员此次开发的由硅微粒制成、其外具有导电高分子涂层的自我修复电极是人们首次寻找到有望赋予实际应用的电极。
研究人员表示，他们的成果还有望用于研发其他的电极材料，他们将继续改进新技术，提高硅电极的性能和寿命。