“自癒”膠質材料(2008年2月)

法國研究者研製出一種破損後可以自行修復的全新膠質材料。此項發明可廣泛應用於工業領域。

它看上去就像一條膠帶或者一塊彈性很好的橡膠。但它破損以後,只需將其兩端按壓在一起,幾分鐘之後就能自行修復。這個過程無需粘合劑,僅在環境溫度中用手指輕輕按壓即可。片刻後,膠帶就恢復了原狀,再拉抻也不會重新斷裂。並且“這個斷裂再復原的過程可以多次重複進行”,法國研究者在2月21日上週四的《自然》週刊上發佈了這一成果。

這項發明由受法國國家科學研究中心(CNRS)和巴黎高等工業物理化學學院(ESPCI)共同領導的軟物質和化學實驗室(le Laboratoire Matière Molle et Chimie)開發完成。該實驗室由1991年諾貝爾物理獎獲得者皮埃爾-吉爾•德熱納(Pierre-Gilles de Gennes)創立。

“一項了不起的發明”,巴黎高等工業物理化學學院實驗室負責人、波蘭科學家盧茲維克•萊布勒(Ludwik Leibler)如此評價,因為此項創造最引人注目之處是該種材料的化學構成。這種“魔力”橡膠的成分非常簡單:類似植物油中含有的脂肪酸和尿液中的尿素,尿素是尿液中氨基酸的一種降解成分,可以通過合成獲得。

傳統橡膠的結構為由強化學鍵聯結而成的大分子長鏈。與此不同,此種新型橡膠由脂肪酸小分子團構成。這些小分子團在橡膠“自愈”過程中發揮作用。氫鍵加大了分子網狀結構的力度,使材料可以延伸至本身長度的數倍並恢復原狀。實驗證明,此橡膠在發生斷裂或破損數小時後仍可復原。

巴黎實驗室的實驗屬於通常所說的“超分子化學”(“chimie supramoléculaire”)領域。研究者使用的是常見並可更新的自然材料,並希望可以將此發明投入大規模應用,所以他們在2000年與私有公司阿科瑪(Arkema)進行了合作,該公司接過了法國石油煤氣公司道達爾(Total)的化學研發工作。2004年,阿科瑪公司開始將這項發明運用於工業,其中一些應用幾乎完備並有望在之後的一至兩年內正式投放市場。阿科瑪公司計畫生產“破損或斷裂後依靠‘自愈’技術可以重新使用的所有產品”。人們想到的有破損後自動修補的服裝、不會變形的靴底、可自動修復的兒童玩具,甚至用於發動機的某些零件,其自行修復功能可以免去向汽車修理工求助的麻煩。

“如果在牆的密封接縫上鑽一個洞,它就會自動修補。這項技術還可用於其他處於壓力下的物件,比如在結構的接縫處和易劃傷的砌面上,”實驗室負責人盧茲維克•萊布勒進行了解釋。這項技術的實際應用範圍幾乎是無限的。

目前,阿科瑪公司稱一至兩年內,有“兩類產品已經準備好投放市場”。這段時間內還需要對新型橡膠做一些改進,目前其耐受力仍略顯薄弱。

阿科瑪公司研究員曼努埃爾•伊達爾戈(Manuel Hidalgo)指出,第一類產品是瀝青。這種瀝青和橡膠一樣,也利用植物來源的分子。曼努埃爾•伊達爾戈進一步指明,為使這種瀝青比用碳氫化合物製造的瀝青耐受力更強,“對分子,比如植物油分子,進行聯結,以使其結構在環境溫度中更堅固”。這類產品還包括清漆、粘合劑和塗料。其生產製造更經濟,因為產品生產溫度低於使用烴的衍生物進行生產的溫度。

第二類產品是同樣使用植物分子製造的塑膠。對其植物分子同樣進行聯結,使其生物降解性能更為良好。產品的優勢在於,對於溶劑產品的耐受力更強。東京大學(l’Université de Tokyo)的賈斯汀•麥納(Justin Mayner)和相田卓三(Takuzo Aida)撰文回應法國研究人員,指出此種新材料還有另一大優點,即是真正的環保材料。實際上,這種材料在100攝氏度的水中即可溶解,冷卻後復原並保持原有特性,因此可以迴圈使用。

維吉尼•朗日羅克

《法國聚焦》
2008年2月25日出版

發表於 18/03/2008

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