一种新型自修复聚合物修补比以前任何材料都大得多的洞直径超过3厘米,由美国研究人员揭开面纱。这种聚合物模拟生物愈合,首先在孔上快速形成凝胶支架,然后由另一种聚合物密封,恢复大部分材料的强度。

它们听起来像科幻小说,但自修复聚合物是聚合物化学中一个不断发展的领域。潜在的应用范围包括修复皮肤更多的坚固的电池阳极,各种自我修复机制已经被开发出来。例如,斯科特白他在伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的研究小组发明了一种聚合物含有能裂开并释放治愈剂的胶囊.但是,虽然这种方法和其他方法在切割表面接触时效果很好,但它们不能修复洞,因为愈合液在凝固之前就会脱落。

Nathan Bajandas,伊利诺伊大学贝克曼研究所

随着时间的推移,这种材料甚至可以愈合大洞(两种液体被染色以帮助可视化)

现在,怀特和同事们通过在聚合物中嵌入两个通道来解决这个问题。然后他们放入聚乙二醇或三羟甲基氨基甲烷(液(4-formylphenoxy)甲基]乙烷))进入每个通道。修复聚合物的单体也分为两个通道,而聚合引发剂限制在一个通道,启动剂限制在另一个通道。他们用两种不同的修复聚合物——聚甲基丙烯酸羟乙酯和两种液态硫醇烯演示了这一过程。

在未损坏的环氧树脂中,每个通道的内容物保持分离,两种混合物保持稳定的低粘度液体。当聚合物中出现一个孔时,两个通道都破裂,液体混合。几秒钟内,两种凝胶成分开始凝固,凝胶在扩散过程中变硬。“这就像一个小型的动态支架,能够支撑自身的重量对抗重力,”合著者解释道南希·赛托斯.“我们过去使用的正常类型的治疗剂无法做到这一点。”

一旦该凝胶支架就位,另一个通道中的两种单体就可以结合并聚合,将孔紧密密封,并将聚合物恢复到接近原始强度的62%。在345kPa的氮气压力下对直径为6.3mm的密封件进行测试,他们始终没有发现泄漏。如果他们在聚合物上打孔而不是切割,密封就不那么一致,因为凝胶并不总是能穿透所有从撞击部位发出的径向裂缝。

这种设计只是一个概念验证,因为聚合物只包含两个通道,并且必须人工泵入液体。该团队现在希望设计一种聚合物,该聚合物浸渍了含有加压愈合液的微通道血管网络,使它们能够流动到任意的撞击位置并密封孔。

托马斯·罗素美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的教授对此印象深刻。他说:“这里有一个洞,突然间这个洞被填满了,你就完蛋了。”“这对我来说很好。然而,他警告说,在防弹衣等应用中,需要两个单独的加压液体储层可能会产生问题。弗雷德Wudl美国加州大学圣巴巴拉分校的教授补充说,这项工作可以在操作过程中对聚合物进行重要的临时修复。他推测:“一架飞机正在飞行,然后被一只鸟或什么东西撞了。”如果它能在飞行员找到着陆地点之前自我修复,那么它就能永久修复。”

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