这种塑料可以自我修复

四十年前，塑料超越钢铁，成为世界上使用最广泛的材料。当然，这种价格低廉、可塑性强的聚合物给现代生活带来了许多便利（特百惠！特氟龙！尼龙搭扣！），并在飞机、汽车和智能手机中发挥着更重要的作用。然而，有一个问题：与它所取代的许多金属不同，塑料很难修复；即使是看不见的裂缝也会影响其强度。一种新型智能塑料可以自行修复裂痕，比如修补破裂的手机屏幕或缝合飞机机翼。

南希·索托斯 (Nancy Sottos) 在 20 世纪 90 年代帮助开创了这一领域。她在伊利诺伊大学香槟分校的团队开发出了能够使用多种方法进行自我修复的复合材料。

一种方法是通过修复金属结构上的塑料涂层来延长船舶、桥梁和风车的使用寿命。“划痕会损害传统涂层，”索托斯说，这会导致生锈。一种早期的自修复塑料，现在由衍生公司 Autonomic Materials 销售，其中嵌入了微胶囊。当塑料破裂时，胶囊会破裂，释放出树脂和催化剂，它们会反应填补裂缝。

对于完全由复合材料制成的物品，如汽车保险杠或飞机机翼，微胶囊无法解决问题。一旦胶囊用完，就无法再进行修复。索托斯最新的复合材料之一带有通道，可以反复输送自修复剂来填补裂缝。这种材料在实验室中能够修复同一位置 30 次。但索托斯表示，它可能需要 20 年才能可靠地用于安全关键应用（即，我们将在自修复飞机出现之前就拥有自修复保险杠）。

极端环境下的材料需要更多的创造力。宾夕法尼亚州立大学工程师梅利克·德米雷尔 (Melik Demirel) 不依赖机载催化剂，而是发明了一种聚合物，其修复反应由水、热量和压力触发。其蛋白质模仿了鱿鱼牙齿的蛋白质，鱿鱼牙齿通过重新连接断裂的氢键来自我修复。

“氢键是大自然将万物结合在一起的方式，”德米雷尔说，因此修补后的材料会恢复其原始化学组成，从而恢复其原始强度。到目前为止，他的团队已经修复了狗咬玩具和模拟乐高积木。未来，这种方法可以修复深海光纤电缆。

最终，自修复塑料可以进入太空。密歇根大学的聚合物科学家斯科特·扎瓦达 (Scott Zavada) 设计了一种塑料，将一种与空气反应的液体夹在聚合物层之间。当聚合物被刺破时，容器内的空气会与液体发生反应，在不到一秒钟的时间内使其变硬。有朝一日，它可以封住火星栖息地被飞行碎片打出的洞。

展望未来，索托斯将目光投向了她所谓的“永恒材料”。我们的身体和其他自然系统可以不断再生，但形状却从未真正改变过。因此，她想知道聚合物能否超越自然：“如果你有一种不会老化的材料会怎么样？”

本文最初发表于《大众科学》杂志2016年3/4月刊，标题为“智能塑料”。