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?，產(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。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？許多研究人員認為，催化劑不能流向固體中的斷開部分，但一些專家認為，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)品的標準，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重的環(huán)境。