自愈聚合物凝膠

自愈聚合物凝膠

自愈聚合物凝膠是利用納米技術研製的新凝膠。該技術能使複雜的破損物品大面積的自我修復。

簡介

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研究團隊受到了四肢能再生的兩棲動物的啟發,這類組織再生由三個關鍵的指令系統引導:開始、蔓延、終止,研究者稱之為“美妙的動態級聯過程”,並希望在合成材料內複製這一過程。研究者需要研發出一套系統,其首先能感知材料的移除並啟動再生過程,接著讓這一過程不斷蔓延,直到材料達到理想的大小,然後終止。

最大的挑戰是為合成材料提供輸送組織,生物有機體擁有循環系統來實現血細胞和遺傳物質等的輸送,但合成材料沒有這樣的系統,因此,需要研製出類似於感測器的器件,來啟動並控制整個過程。

此前已有科學家研製出了能修理小瑕疵的材料,但還沒有人研製出能讓受損物品大面積再生的系統,這項最新研究有望大大提高物品的使用壽命。

自愈原理

新凝膠內嵌有納米棒,凝膠周圍被包含有單體和交聯劑(連線聚合物鏈的分子)的溶液所圍繞,這套系統可以複製整個動態級聯過程。當部分凝膠斷裂時,裂口附近的納米棒會扮演感測器的角色並移到新的接口,納米棒一端的鏈或“邊緣”會使納米棒留在本地的接口,沿著納米棒表面的點會觸發凝膠同溶液內的單體和交聯劑發生聚合反應,從而再生出新凝膠。

納米棒

整個過程最完美也最具挑戰性的部分是設計出能承擔不同任務的納米棒,它們是整個動態級聯過程的關鍵,其厚約10納米,不足人類髮絲直徑的萬分之一。

展望

研究者計畫改進整個過程並增強新舊凝膠之間的結合,這一點受巨杉樹的啟發。“每棵巨杉樹都擁有中空的根部系統,當它們生長時,這些根部系統會相互交織,為樹木生長提供支撐。同樣,納米棒的邊緣也能讓再生的材料變得更強韌。”更進一步的研究重點是讓這一過程最最佳化以生長出多層,最終製造出擁有多重功能的更複雜材料。

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