人類可以發(fā)明出自我修復(fù)的塑料嗎,，如果已經(jīng)老化的塑料可以自我修復(fù)那個多好。最近,，這方面取得了進展,。科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種新的塑料,，可以修復(fù)內(nèi)部的“疲勞”,。這種塑料它在自我修復(fù)中會需要一些氧氣，比較有意思的是,，一旦這種塑料修復(fù)完成,，它隨機還會產(chǎn)生一些“排泄物”。據(jù)說這種新塑料已用于特定產(chǎn)品,。

到目前為止,，我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫乃芰先菀桌匣a(chǎn)品壽命短,?？估匣牧系闹圃煲恢笔强茖W(xué)家們追求的目標(biāo)。就塑料而言,，盡管已經(jīng)做了許多改進,，但目前使用的塑料壽命最多為10年。研究者們相信,，假如塑料材料的自我修復(fù)功能一旦成功,，它也許可以對未來的材料產(chǎn)生比較深遠的影響。

塑料強度的秘密

世界塑料可分為三大類：通用塑料,、工程塑料和超級工程塑料,。一般塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯和氯乙烯,，用于制造日用品,，使用壽命為5~6年。工程塑料包括聚碳酸酯,、聚酰胺和聚甲醛,，通常用于制造汽車零部件、電氣和電子產(chǎn)品,，價格一般高于普通塑料,，使用壽命約10年。超級工程塑料僅用于特殊環(huán)境,。它們主要用于航空航天產(chǎn)品,。它們價格昂貴，使用壽命長達100年,。

我們一般使用的普通塑料為什么壽命比較短呢,？那是因為普通塑料內(nèi)部會產(chǎn)生“疲勞現(xiàn)象”那么,，“疲勞”是如何發(fā)生的呢？

塑料是由碳,、氫和氧組成的纖維聚合物,。這種聚合物的纖維復(fù)雜地復(fù)合在一起，這是塑料作為固體的強度,。在普通塑料中,，每種纖維大約在7個位置進行復(fù)合，以確保塑料的安全強度,。

塑料的老化是由纖維切割引起的,，纖維切割是由太陽紫外線或人們在使用過程中施加的外力引起的。假設(shè)七根纖維在中間斷裂,，一根纖維變成兩根纖維,。這種反應(yīng)過程稱為塑料的老化。

你可能會有這樣的經(jīng)歷：暴露在陽光下的塑料桶裝滿了水,。就在你想提起它的時候,，你只聽到嘎嘎聲，把手被塑料桶打碎了,。這種情況可以說是每根纖維都已斷裂多次,。通常情況下，隨著使用時間的延長,，塑料會變得更嚴(yán)重,。因此，一些紫外線吸收劑被添加到正在加工的產(chǎn)品中以抑制老化,，或者產(chǎn)品涂有油以抵抗老化,。盡管如此，老齡化仍在繼續(xù),。

科學(xué)家開發(fā)的“自愈性塑料”能夠自動連接斷開的聚合物,，以消除老化。其實呢,，這并不意味著這種塑料的壽命超長,，但是它和普通的塑料相比，其老化的速度相當(dāng)?shù)芈?，使用的壽命也會明顯增長,。

橡皮膏與修補劑

早在1997年，材料科學(xué)家們首次研發(fā)了一種“自愈塑料”,，這種材料叫作“聚苯醚”,。成功的關(guān)鍵是開發(fā)用于急救的“軟膏”和用于傷口治療的“修復(fù)劑”。修理的原理很簡單。首先,，假設(shè)在一些外部因素的作用下,，負責(zé)分子結(jié)合的電子交錯排列，導(dǎo)致聚合物被切斷,，自由電子出現(xiàn),，并開始老化,。因此,，預(yù)先放置的修復(fù)劑接近這個自由電子。在這種材料中,，銅元素則起著“修復(fù)劑”的作用,。起初，銅以2價態(tài)存在（缺少2個電子）,。當(dāng)它從斷開的部分得到一個電子時,，它變成了一價。簡單地來說,，通過這樣的氧化又還原的反應(yīng),，那些中斷的部分就會恢復(fù)到原始的狀態(tài)。在這個時候,，氫作為“石膏”是很重要的,。為了提供氫氣，使聚苯醚具有自愈能力,，提前在聚苯醚中設(shè)置了“氫氣供應(yīng)商”,。當(dāng)斷裂發(fā)生時，氫進入斷開部分產(chǎn)生的自由電子進行鍵合,。

如果不對供氫劑進行緊急處理,，聚苯醚聚合物中可能會出現(xiàn)“以牙還牙”的現(xiàn)象，因此到處都會產(chǎn)生自由電子鏈,，這可能會造成材料的“傷痕”,。

自我修復(fù)不可或缺

自愈已經(jīng)結(jié)束，但反應(yīng)仍在繼續(xù),。電子變成一價銅,，并在大氣中繼續(xù)與氧氣氧化。此時,，氧得到一個電子,，銅返回到價態(tài)2，并再次獲得充當(dāng)“修復(fù)劑”的能力,。此外,，由反應(yīng)產(chǎn)生的氧單體和“軟膏”的氫離子的組合產(chǎn)生的水作為廢物“排出”。每克聚苯醚修復(fù)產(chǎn)生的水量為幾百微克。這種修復(fù)“應(yīng)變”系統(tǒng)的定期循環(huán)對于自我修復(fù)是必不可少的,。

科學(xué)家們還成功地為聚碳酸酯和其他材料構(gòu)建了自愈系統(tǒng),。這個“聚碳酸酯”它的修補劑是“碳酸鈉”。這時,，它是石碳酸（苯酚）的排泄物,，而且氣味很難聞。排泄物的出現(xiàn)是材料修復(fù)過程中非常有趣的事情,。事實上,，它不能通過改善而排泄。例如,，在聚碳酸酯材料中添加充當(dāng)垃圾桶的物質(zhì),。具體來說，如果添加堿性微硅膠,，則碳酸將被硅膠吸附,，垃圾不會釋放。然而,，反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)已成為另一個問題,，研究仍在進行中。目前,，科學(xué)家們正全力以赴地建造其他塑料的修復(fù)系統(tǒng),。

或許誕生一門全新學(xué)科

現(xiàn)在我們知道，上述材料的自愈合是通過催化劑（如銅）在受傷部位的作用完成的,，但塑料是固體,。像銅這樣的原子或分子真的能流到斷裂處嗎？許多研究人員認(rèn)為,，催化劑不能流向固體中的斷開部分,，但一些專家認(rèn)為，催化劑存在于5~10nm區(qū)域會導(dǎo)致自愈反應(yīng),。

對于一些化學(xué)的反應(yīng)條件,，大多數(shù)的人都認(rèn)為它只能溶于水或者變成氣態(tài)，這一常識阻礙了對自愈反應(yīng)的理解,。其實,，“材料的自我修復(fù)”引起的化學(xué)反應(yīng)和一般的化學(xué)反應(yīng)不太一樣，也許這是一個新的科學(xué)領(lǐng)域,，需要進一步的理論研究,。

此外，在這項研究中,，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn),，自愈反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在最老化的部位,。一旦聚合物的斷裂部分增加，就會引起更多的修復(fù)反應(yīng),。因此,，應(yīng)優(yōu)先修復(fù)嚴(yán)重老化的零件。因此,，專家們開始將研究方向轉(zhuǎn)向延長塑料的使用壽命,。

自2000年以來，日本約有10家企業(yè)推出了以自愈塑料為原料的產(chǎn)品,。這些產(chǎn)品主要是電化學(xué)產(chǎn)品,，因為這些產(chǎn)品經(jīng)常暴露在光線下，容易老化,。此外,，使用自愈塑料后,，汽車零部件的使用壽命顯著延長,。

自我修復(fù)延伸壽命

科學(xué)家預(yù)測，在未來,，不僅塑料,，而且包括金片和陶瓷在內(nèi)的所有人造材料都可能具有自我修復(fù)能力，并能獨立處理老化問題,。在材料研究中,，所謂的“自愈”概念以前就存在過，但我們從未見過真正的物體,?？茖W(xué)家們創(chuàng)造了一個真實的物體來證明“自愈”是可能的。因此,，科學(xué)家們對各種材料的自我修復(fù)進行研究,。如果每天使用自愈材料，或許很快,，自愈將被用作產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn),，因為產(chǎn)品的使用壽命顯著延長，產(chǎn)品的可靠性和性能得到提高,。

今天地球上的資源日益減少,，有效使用“自愈材料”這樣就可以有效地延長商品的壽命，在另外的方面,，這樣也可以解決比較嚴(yán)重的環(huán)境,。