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(gè)多好。最近,，這方面取得了進(jìn)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(huì)需要一些氧氣，比較有意思的是,，一旦這種塑料修復(fù)完成,，它隨即還會(huì)產(chǎn)生一些“排泄物”。據(jù)說(shuō)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(jìn),，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(duì)未來(lái)的材料產(chǎn)生比較甚遠(yuǎn)的影響,。

塑料強(qiáng)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(jí)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(jià)格一般高于普通塑料,，使用壽命約10年,。超級(jí)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(jià)格昂貴，使用壽命長(zhǎng)達(dá)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?yàn)槠胀ㄋ芰蟽?nèi)部會(huì)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(qiáng)度,。在普通塑料中，每種纖維大約在7個(gè)位置進(jìn)行復(fù)合,，以確保塑料的安全強(qiáng)度,。

塑料的老化是由纖維切割引起的，纖維切割是由太陽(yáng)紫外線或人們?cè)谑褂眠^(guò)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(guò)程稱為塑料的老化,。

你可能會(huì)有這樣的經(jīng)歷：暴露在陽(yáng)光下的塑料桶裝滿了水,。就在你想提起它的時(shí)候，你只聽到嘎嘎聲，把手被塑料桶打碎了,。這種情況可以說(shuō)是每根纖維都已斷裂多次,。通常情況下，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng),，塑料會(huì)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(dòng)連接斷開的聚合物,，以消除老化。其實(shí)呢,，這并不意味著這種塑料的壽命超長(zhǎng),，但是它和普通的塑料相比，其老化的速度相當(dāng)?shù)穆?，使用的壽命也?huì)明顯增長(zhǎng),。

橡皮膏與修補(bǔ)劑

早在1997年，材料科學(xué)家們首次研發(fā)了一種“自愈塑料”,，這種材料叫做“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(jiǎn)單,。首先,，假設(shè)在一些外部因素的作用下，負(fù)責(zé)分子結(jié)合的電子交錯(cuò)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(gè)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(jià)態(tài)存在（缺少2個(gè)電子）,。當(dāng)它從斷開的部分得到一個(gè)電子時(shí),，它變成了一價(jià)。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō),，通過(guò)這樣的氧化又還原得反應(yīng),，那些中斷的部分就會(huì)恢復(fù)到原始的狀態(tài),。在這個(gè)時(shí)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(shí),，氫進(jìn)入斷開部分產(chǎn)生的自由電子進(jìn)行鍵合。

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

自我修復(fù)不可缺

自愈已經(jīng)結(jié)束,，但反應(yīng)仍在繼續(xù)。電子變成一價(jià)銅,，并在大氣中繼續(xù)與氧氣氧化,。此時(shí)，氧得到一個(gè)電子,，銅返回到價(jià)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(duì)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(gè)“聚碳酸酯”它的修補(bǔ)劑是“碳酸鈉”。這時(shí),，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(guò)程中非常有趣的事情,。事實(shí)上，它不能通過(guò)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(lái)說(shuō),，如果添加堿性微硅膠,，則碳酸將被硅膠吸附，垃圾不會(huì)釋放,。然而,，反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)已成為另一個(gè)問(wèn)題,，研究仍在進(jìn)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(guò)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(huì)導(dǎo)致自愈反應(yīng),。

對(duì)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(shí)阻礙了對(duì)自愈反應(yīng)的理解,。其實(shí),，“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(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域,，需要進(jìn)一步的理論研究,。

此外，在這項(xiàng)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(huì)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(zhǎng)塑料的使用壽命。

自2000年以來(lái),，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?yàn)檫@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(zhǎng),。

自我修復(fù)延伸壽命

科學(xué)家預(yù)測(cè)，在未來(lái),，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(dú)立處理老化問(wèn)題。在材料研究中,，所謂的“自愈”概念以前就存在過(guò),，但我們從未見過(guò)真正的物體?？茖W(xué)家們創(chuàng)造了一個(gè)真實(shí)的物體來(lái)證明“自愈”是可能的,。因此，科學(xué)家們對(duì)各種材料的自我修復(fù)進(jìn)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?yàn)楫a(chǎn)品的使用壽命顯著延長(zhǎng),，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”這樣就可以有效的延長(zhǎng)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,。