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新材料在紫外線下展現超強自修復能力

   2011-12-01 中國科學院802

      割傷的皮膚、斷裂的骨骼會隨著時間自動愈合,而汽車噴漆的刮痕、飛機機翼的裂縫卻沒這種能力。據美國物理學家組織網1月12日報道,最近科學家研究出一種具有自修復能力的材料,只需紫外線照射就能重新長在一起,大大提高了產品的耐用性,也更容易維修。近日出版的德國國際專業雜志《應用化學》對這種材料進行了詳細介紹。

  以前開發的自我修復材料中,有些是其中包含有微小的膠囊,當材料遭到損壞時,膠囊會裂開并釋放出一種化學作用劑,對材料進行一次性修復;還有的材料是含有一些凝膠物,雖然也能重復地進行自我修復,但修復后的材料強度和穩定性都不如以前。

  現在,美國卡內基·梅隆大學和日本九州大學研究人員合作,共同開發出一種聚合物,經紫外線照射,不僅能多次自我修復,還可讓完全分離的碎片重新長在一起。其原理是原子之間能反復地形成共價鍵,使修復后的材料既強韌又穩定。

  這種新型聚合物材料是由三硫代碳酸鹽(trithiocarbonate)交叉連接而成。碳原子和三個硫原子結合在一起,其中的兩個硫原子的第二個鍵位又跟其他碳原子結合,這樣形成的整體結構就具有了特殊的性質:在紫外光照射下能夠重組。光照會使三硫代碳酸鹽中的一個碳—硫鍵斷裂,生成兩個根(擁有一個不成對的自由電子的分子)。這種根非常活潑,很容易跟其他的三硫代碳酸鹽發生反應形成新的碳—硫鍵,打破其他分子鍵同時又產生更多更自由的根。這種鏈式反應會一直進行,直到兩個根再次互相反應才停止。

  實驗中,研究人員將聚合材料浸入液體內,或切成大塊兒,反應都能順利進行。將切開的邊緣緊密地壓在一起,用紫外線照射,邊緣處會通過根的重組而長在一起。即使切成小碎片,只要把碎片壓在一起進行照射,也能融合成一片完整的材料。由于同一片材料能反復地進行這種自我修復,它也能作為一種新型的可循環利用產品。

 
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