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具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备及性能表征一、本文概述随着材料科学的快速发展，形状记忆聚合物（Shape Memory Polymers, SMPs）作为一种新型智能材料，因其独特的形状记忆效应和可编程性在航空航天、生物医学、智能机器人等领域展现出广阔的应用前景。
然而，形状记忆聚合物在实际使用过程中常常因外界环境的恶劣和内部损伤的积累而导致性能下降，这极大地限制了其在实际应用中的长期稳定性和可靠性。
因此，开发具有自修复功能的形状记忆聚合物，对于延长材料的使用寿命、提高其在实际应用中的可靠性具有重要意义。
本文旨在介绍具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备方法，并对其性能进行表征。
我们将概述形状记忆聚合物的基本原理和自修复材料的研究进展，为后续的制备和性能表征提供理论基础。
接着，我们将详细介绍几种具有自修复功能的形状记忆聚合物的制备方法，包括自修复机制的构建、材料的合成与加工等。
在此基础上，我们将对所制备的材料进行性能表征，包括形状记忆性能、自修复效率、机械性能等方面的测试与分析。
我们将讨论所制备材料的应用前景及未来发展方向，以期为形状记忆聚合物在实际应用中的推广提供有益的参考。
二、形状记忆聚合物的基本原理形状记忆聚合物（Shape Memory Polymers, SMPs）是一类具有独特“记忆”功能的智能材料，能够在外部刺激下，如热、光、电、磁等，恢复其原始形状。
这种特性源于SMPs内部的交联网络结构和可逆的物理或化学转变。
SMPs的基本原理主要基于两个过程：形状的固定和形状的回复。
在形状的固定过程中，SMPs通过交联网络的形成，将临时形状固定下来。
这个交联网络可以通过物理交联（如链缠结、结晶等）或化学交联（如共价键、离子键等）来实现。
一旦交联网络形成，SMPs就可以在不受外界影响的情况下保持临时形状。
在形状的回复过程中，当SMPs受到适当的外部刺激时，交联网络会发生可逆的物理或化学转变，从而释放出固定的临时形状，使SMPs回复到其原始形状。
新型自修复建筑材料研究现状自修复建筑材料是一种新型材料，其具有自主修复功能，可以在被损坏后自动修复自身。
自修复建筑材料的研究和开发已经成为当前建筑材料领域中的热点之一。
本文将介绍新型自修复建筑材料的研究现状，包括其定义、分类、应用、研究进展和未来发展趋势。
一、自修复建筑材料的定义和分类自修复建筑材料是指能够自主修复自身缺陷的建筑材料。
根据其修复方式的不同，可以将其分为两类：一类是基于物理原理的自修复建筑材料，另一类是基于化学原理的自修复建筑材料。
基于物理原理的自修复建筑材料主要是利用材料内部的物理变化来实现自修复。
例如，利用形状记忆聚合物的形状记忆效应，当材料受到外力作用时，形状记忆聚合物可以自动恢复到其原来的形状。
此外，还有一些材料通过改变其内部结构的方式来实现自修复。
基于化学原理的自修复建筑材料主要是利用材料内部的化学反应来实现自修复。
例如，利用微胶囊或纳米胶囊封装反应物质，当材料受到损伤时，这些胶囊会破裂释放出反应物质，从而实现自修复。
二、自修复建筑材料的应用自修复建筑材料具有广泛的应用前景，主要应用于以下领域：1.建筑维修保养：自修复材料可以自动修复材料表面的小裂缝和缺损，延长建筑材料的使用寿命，减少维修保养成本。
2. 防水防潮：自修复材料可以自动修复材料表面的微小孔洞，提高建筑材料的防水防潮性能。
3. 建筑节能：自修复材料可以自动修复建筑表面的热桥和漏气点，提高建筑的保温性能，减少能源消耗。
三、自修复建筑材料的研究进展目前，自修复建筑材料的研究主要集中在以下几个方面：1. 材料制备：研究人员通过改变材料的结构和配方，探索新型自修复建筑材料的制备方法。
2. 修复机理：研究人员通过实验和模拟，深入探究自修复建筑材料的修复机理。
3. 修复效果：研究人员通过实验和应用试验，评估不同类型自修复建筑材料的修复效果。
4. 应用领域：研究人员探索自修复建筑材料的应用领域，并进行应用试验，验证其应用效果。
混凝土自修复材料的研究现状与发展趋势一、前言混凝土自修复材料是指在混凝土中添加具有自修复能力的物质，可以在混凝土受到损伤时自动修复，使混凝土的性能得以恢复甚至提高。
自修复技术是一种重要的保护和修复混凝土结构的方法，可以提高混凝土的耐久性和延长其使用寿命。
本文将对混凝土自修复材料的研究现状和发展趋势进行探讨。
二、自修复材料的分类自修复材料主要分为微生物修复材料、化学修复材料、物理修复材料和智能修复材料四类。
1. 微生物修复材料微生物修复材料是指在混凝土中添加具有自修复能力的微生物或其代谢产物，可以通过微生物代谢作用实现混凝土的自修复。
微生物修复材料的主要优点是具有较好的环境适应性和自我繁殖能力，但其自修复速度较慢，需要较长的修复时间。
2. 化学修复材料化学修复材料是指在混凝土中添加具有自修复能力的化学物质，可以通过化学反应实现混凝土的自修复。
化学修复材料的主要优点是自修复速度快，但其修复效果受环境因素影响较大，容易受到水分、温度等因素的影响。
3. 物理修复材料物理修复材料是指在混凝土中添加具有自修复能力的物理材料，可以通过物理变化实现混凝土的自修复。
物理修复材料的主要优点是自修复效果较好，但其自修复速度较慢，需要较长的修复时间。
4. 智能修复材料智能修复材料是指具有自感应、自诊断、自修复等智能功能的材料，可以根据外部环境变化自动进行修复。
智能修复材料的主要优点是自修复速度快、效果好，但其制备成本较高。
三、自修复材料的研究现状混凝土自修复材料的研究始于20世纪80年代，发展至今已有数十年的历史。
目前，国内外学者对混凝土自修复材料的研究已取得了一定的成果。
1. 微生物修复材料的研究现状微生物修复材料的研究主要集中在微生物的筛选、培养和添加量的确定等方面。
目前，已经筛选出了一些具有自修复能力的微生物，如硝化细菌、硫化细菌等。
研究表明，添加适量的微生物可以显著提高混凝土的自修复能力。
2. 化学修复材料的研究现状化学修复材料的研究主要集中在自修复材料的种类、添加量和反应机理等方面。
自修复材料的合成与性能研究引言：自修复材料是一种具有重要潜力的新兴材料，它能够自主修复受损部分，减轻维修成本、延长材料使用寿命。
随着科技的不断进步，自修复材料的合成与性能研究也日益受到重视。
本文将重点探讨自修复材料的合成方法和性能研究。
一、自修复材料的合成方法：1. 聚合物自修复材料的合成：聚合物自修复材料的合成可以通过化学反应或物理交联实现。
化学反应合成方法利用自修复材料的化学反应特性，如交联或反应能力，将修复剂嵌入到聚合物基质中。
物理交联合成方法利用聚合物基质的物理交联结构，例如疏水相互作用或静电相互作用来实现材料的自修复性能。
2. 金属自修复材料的合成：金属自修复材料的合成主要包括金属合金、金属氧化物和金属有机骨架材料。
金属自修复材料的合成方法主要是通过材料的粉末冶金方法、溶胶-凝胶方法、电化学沉积方法等，将自修复剂与金属结构相互作用，实现自修复性能。
二、自修复材料的性能研究：1. 自修复能力：自修复材料的核心性能是其自修复能力。
研究人员主要关注材料受损后的修复速度、修复效果和修复持久性。
通过表征方法，如力学测试、形貌观察和化学分析等，可以评估材料的自修复能力。
2. 循环性能：循环性能是指材料经过多次自修复过程后的稳定性能。
研究人员会评估材料在多次受损-修复循环中的修复效果和耐久性。
形貌观察、力学测试和化学分析等方法可用于表征材料的循环性能。
3. 组织结构：自修复材料的组织结构对其性能有重要影响。
通过调控自修复材料的结晶度、晶粒尺寸、颗粒分布等，可以改善材料的自修复能力和循环性能。
X 射线衍射、电子显微镜等方法可以用于分析自修复材料的组织结构。
4. 环境因素：自修复材料的性能也与环境因素密切相关。
例如，温度、湿度、光照等因素会影响自修复材料的修复速度和修复效果。
研究人员可通过调节环境因素以及表征方法，进一步研究自修复材料的性能。
结论：自修复材料的合成与性能研究是一个多学科交叉的研究领域。
科学家们通过不断努力，在合成方法和性能研究方面取得了显著进展。
高分子材料自修复性能研究随着现代工业技术的不断发展，高分子材料作为一种极具应用前景的新材料，已经被广泛应用于航空、航天、汽车、电子等诸多领域。
但是，高分子材料在使用过程中，不可避免地会受到外部环境的影响，比如物理冲击、热变形、化学腐蚀等。
这些因素会导致高分子材料出现损伤，从而影响其使用寿命和性能。
为了解决这个问题，科研人员开始研究高分子材料的自修复性能。
本文将介绍高分子材料自修复性能的研究进展和应用前景。
一、高分子材料自修复性能的研究进展高分子材料的自修复性能指的是在外力引起的损伤后，高分子材料可以在一定条件下自主进行修复。
目前，高分子材料自修复性能的研究主要分为三个方面：自愈合、自缩合、自生长。
1. 自愈合自愈合是指高分子材料在受到损伤后，利用内部原有的物质或额外加入的物质，自行进行愈合，在一定程度上恢复原本的结构和性能。
这种修复方式主要应用于聚合物材料，包括共聚物、交联聚合物、高分子混合物等。
目前，许多研究人员致力于研究自愈合材料的合成和机理。
其中，一种常用的方法是利用高分子之间的相互作用力，例如氢键、离子键、范德华力等，将自愈合物质引入到高分子材料中。
这些物质可以在高分子材料中形成局部的物理挤压效应，从而在受损位置产生愈合效应。
2. 自缩合自缩合是指高分子材料在受到损伤后，在一定条件下，仅进行缩合修复。
这种修复方式主要应用于自缩合材料中，比如含有自缩合基团的聚合物、交联聚合物、溶胶凝胶等。
自缩合材料的修复机制主要是利用自缩合基团的特殊性质进行修复。
这些基团可以通过自身的缩合作用，形成一种类似黏合剂的物质，在高分子材料中形成局部的修复效应。
3. 自生长自生长指的是高分子材料在受到损伤后，利用外界的物质和自身内部的物质，进行自我生长修复。
这种修复方式主要应用于含有自生长基团的聚合物材料中。
自生长材料的修复机制主要是利用自生长基团的特殊性质进行修复。
这些基团可以通过在一定条件下的反应，生成一种与原材料相似的物质来填补损伤处。
具有自我修复能力的材料研究实验报告
自我修复能力的材料是一种具有许多潜在应用领域的新型材料。
本
实验旨在研究这类材料在不同条件下的修复能力，从而进一步探索其
在工程领域中的潜在价值。
以下是本次研究的实验报告。
实验材料及方法
本次实验选取了具有自我修复能力的聚合物材料作为研究对象。
实
验过程包括了在不同温度和湿度条件下对材料进行破损，然后观察其
修复过程。
实验中使用的设备包括恒温恒湿箱、显微镜等。
实验结果及分析
在实验过程中发现，具有自我修复能力的材料在一定条件下能够自
动修复部分破损。
在高温环境下，修复速度更快；而在高湿度条件下，修复效果更好。
通过显微镜观察，可以看到材料表面破损部分逐渐被
填充，最终恢复到原始状态。
结论
通过本次实验，验证了具有自我修复能力的材料在不同条件下均具
有一定的修复效果。
这为未来在工程领域中应用这类材料提供了新的
思路和可能性。
在实际应用中，可以根据所需环境条件选择合适的材料，以达到最佳的修复效果。
综上所述，具有自我修复能力的材料在工程领域中具有广阔的应用前景，需要进一步的研究和开发，以满足不同领域的需求。
希望本实验报告能为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
具有自修复功能的聚合物材料研究随着科技的发展，新材料的研究也越来越受到关注。
其中，具有自修复功能的聚合物材料引起了广泛的关注和研究。
自修复材料是指能够在受损后自行修复的材料，它具备了许多传统材料所不具备的特性，为工程领域带来了巨大的潜力和应用前景。
聚合物材料是目前使用最广泛的材料之一，其优良的机械性能和可塑性使其在诸多领域得到应用。
然而，聚合物材料通常容易受到外界的环境因素的破坏，例如化学品侵蚀、划痕、撞击等。
这些破坏不仅影响了材料的性能，还可能导致其提前失效。
因此，研制一种具有自修复功能的聚合物材料是一个重要的研究方向。
自修复聚合物材料的研究主要集中在两个方面：一是自修复能力的实现，二是自修复机制的研究。
目前，研究人员采用不同的手段来实现聚合物材料的自修复能力。
其中一种方法是通过在聚合物材料中加入微胶囊，这些微胶囊内部含有修复剂，当材料受到破坏时，微胶囊内的修复剂会自动释放出来，填补破损区域，实现材料的自修复。
另一种方法是在聚合物材料中引入动态共价键，这些共价键在破损时能够自行重新结合，从而修复材料。
在自修复机制的研究方面，研究人员通过模拟天然生物体的修复机制，开发出了各种各样的自修复机制。
例如，受到植物叶片的启发，研究人员成功开发了一种具有自修复功能的聚合物材料，当材料受到损伤时，类似于植物中的细胞分裂，材料中的细胞也会进行分裂，填补破损区域，实现自我修复。
另外，通过引入液态成分，也可以实现聚合物的自动修复。
当聚合物材料受到撞击或刮擦时，液态成分会流动到破损区域，填充缝隙，实现自动修复。
由于自修复聚合物材料具有许多传统材料所不具备的特性，因此在工程领域中有着广泛的应用前景。
例如，在汽车制造中，使用自修复聚合物材料制造汽车外观件可以减少维修成本和频率，提高汽车的耐久性。
在建筑领域中，使用自修复聚合物材料制造建筑材料，例如水泥和玻璃，可以增加材料的使用寿命，并提高建筑物的安全性和稳定性。
此外，在纺织品和电子产品中也可以应用自修复聚合物材料，提高产品的耐用性。
生物材料的最新研究进展随着科技的不断发展，生物材料领域也在不断涌现出新的研究成果。
这些成果不仅推动了生物医学领域的进步，也为诸如环境保护、工业制造等其他领域提供了新思路和新方法。
那么，生物材料的最新研究进展都有哪些呢？一、仿生材料仿生材料是一种源自于自然界，具有优异性能和结构的材料。
近年来，科学家们不断深入研究自然界中生物的材料结构和性能，并将其应用于仿生材料的研究中。
比如，有些科学家研究发现，鲨鱼皮肤中有一种特殊的纳米结构，可以有效抑制海藻和细菌的附着。
通过仿照其纳米结构，科学家们设计制造出了一种能够有效抵御污垢和水分附着的表面涂层材料，该材料能够应用于医疗、环境保护等领域。
二、生物可降解多孔聚合物生物可降解多孔聚合物是一种能够降解为无害物质，并产生良好组织相容性的聚合物材料。
这些聚合物材料在生物医学领域中被广泛应用，如用于组织工程、药物植入等。
最新研究显示，科学家们发现一种新型的生物可降解多孔聚合物材料，其分子内包含多种活性基团，可以有效促进组织细胞的生长和再生。
这种材料不仅可以在生物医学领域中应用，同时也为环境保护、工业生产领域等提供了新思路。
三、仿生组织仿生组织指的是在生物外界因素的调节下，通过模拟生物组织在生物体内的生长和分化过程，研究和制造出一种类似于生物组织的材料。
近年来，随着生物医学领域的不断发展和研究，仿生组织的研究也取得了重要突破。
比如，科学家们成功制造出一种能够与人体器官相兼容的仿生器官材料，该材料具有与人体组织相似的成分和结构，可以用于人体组织再生和移植。
四、自修复聚合物自修复聚合物是指那种具有自我修复性能，并且在损伤处能够自动重组修复的聚合物材料。
近年来，自修复聚合物的研究已经走过了理论验证阶段，并逐渐向着实际应用领域发展。
比如，科学家们研究发现新型的自修复聚合物材料，具有较强的自我修复、防水和抗氧化性能。
这些性能可以广泛用于电子产品、建筑材料、航空航天领域等需要高性能材料的领域。
具有自修复功能的聚合物材料的研究与开发在科学与技术的不断发展中，材料科学领域一直是一个备受关注的研究方向。
随着人们对功能材料需求的不断增加，聚合物材料因其良好的可塑性、可均质化以及可控制的性质而成为研究热点。
近年来，具有自修复功能的聚合物材料引起了广泛关注，被认为具有巨大的应用潜力。
自修复功能指材料在受损后能够自主修复损伤部位，恢复原有结构和性能。
与传统的材料相比，具有自修复功能的聚合物材料具有以下几个显著的优势。
首先，它们可以延长材料的使用寿命，减少对环境的二次污染，提高资源利用率。
其次，自修复聚合物材料可以降低维修和更换材料的成本，节约人力和物力资源。
此外，它们还能减少产品损坏造成的经济损失，提高产品的可靠性和稳定性。
研究人员已经开展了大量的研究，以开发具有自修复功能的聚合物材料。
目前，主要有两种方法用于实现这一目标：自恢复性和遗传性。
自恢复性是指材料可以通过外界刺激，如温度、光、湿度等，来触发自修复过程。
一种典型的自恢复材料是热响应型材料，当受损区域受到加热时，聚合物链会发生断裂并重新连接，实现自我修复。
遗传性是指材料中包含了一种特殊的分子，可以在受损区域进行化学反应，使损伤部位恢复原来的形态与功能。
一种常见的遗传性材料是含有独特成分的聚合物材料，当材料受损时，这些成分会进行反应而修复自身。
值得一提的是，自修复聚合物材料的研制离不开多学科的合作。
化学、物理、材料科学以及工程学等多学科的融合与交叉，为这一领域的快速发展提供了坚实的基础。
在材料结构设计方面，科学家们提出了许多新的思路和方法。
例如，通过合理设计分子结构和化学键的组合方式，可以提高材料的自修复性能；通过控制材料的微观结构和纳米尺度的相分离，可以使修复材料在受损位置形成网络结构，有效地修复材料。
此外，材料的自修复性能还受到环境条件的影响。
温度、湿度、光照等外界刺激对材料自修复性能的触发和效果具有重要影响。
因此，在实际应用中，需要考虑材料所处环境的特殊性，设计出适应多种环境要求的具有自修复功能的聚合物材料。
自修复高分子材料近五年的研究进展一、本文概述自修复高分子材料，作为一种具有自我修复能力的智能材料，近年来在科学研究和实际应用中引起了广泛关注。
这类材料能够在遭受损伤后，通过内部机制或外部刺激，实现自我修复，恢复其原有的结构和性能。
这种特性使得自修复高分子材料在延长材料使用寿命、提高设备安全性以及减少维护成本等方面具有显著优势。
近五年来，自修复高分子材料的研究取得了显著的进展。
研究者们通过设计新型的自修复机制、开发高效的修复剂、优化材料制备工艺等手段，不断提升自修复高分子材料的性能和应用范围。
本文旨在综述近五年自修复高分子材料的研究进展，包括自修复机制的创新、材料性能的提升、以及在不同领域的应用案例等方面。
通过对这些研究成果的梳理和分析，我们期望能够为自修复高分子材料的未来发展提供有益的参考和启示。
二、自修复高分子材料的分类与原理自修复高分子材料，作为一类能够自主修复损伤的智能材料，近五年来受到了广泛的关注和研究。
根据修复机制的不同，自修复高分子材料主要可以分为两类：外援型自修复材料和本征型自修复材料。
外援型自修复材料通常依赖于外部添加剂，如修复剂或催化剂，来触发修复过程。
当材料出现裂纹或损伤时，外部添加剂会流动到损伤部位并在一定条件下（如温度、光照、化学反应等）触发修复反应。
这类材料的修复效果往往取决于添加剂的流动性、反应活性以及损伤部位的可接近性。
近年来，研究人员通过设计新型的修复剂和催化剂，以及优化添加剂与基材之间的相互作用，显著提高了外援型自修复材料的修复效率和耐久性。
本征型自修复材料则不依赖于外部添加剂，而是通过在材料内部预先嵌入修复剂或修复机制来实现自我修复。
这些修复剂可以是预先嵌入的聚合物链、微胶囊、纳米纤维等。
当材料受到损伤时，内部的修复剂会被激活并流动到损伤部位，通过化学键的重新形成或物理交联的重建来修复损伤。
由于不需要外部添加剂，本征型自修复材料具有更好的长期稳定性和环境适应性。
自修复高分子材料的研究现状及发展摘要：近年来，智能自修复高分子材料越来越引人注目。
未来的开发阶段包括(1)改进的维修效率和维修，以便快速维修。
(2)简化合成工艺，降低材料成本；(3)绿色环保，开展符合环境保护的可持续发展项目。
综上所述，聚合物自修复材料具有非常广泛的发展前景。
但是我国这个领域的研究还与世界先进水平有所不同，因此我们需要继续进行更深入的研究，将其迅速应用到科学技术和商业市场，以谋求全人类的利益。
本文基于自修复高分子材料的研究现状及发展展开论述。
关键词：自修复；高分子材料；研究现状及发展引言今天，随着社会的快速发展，对材料的性能要求越来越高。
自修复聚合物材料由于其自修复功能性质，具有延长材料寿命和降低材料使用过程中维护和维护成本的优点，因此自修复聚合物材料在未来的各个领域具有良好的应用和发展前景。
1自修复高分子材料概述自修复型高分子材料是指高分子材料在受到损伤后可在宏观和微观自行修复，并在一定程度上恢复其力学性能的一类高分子材料。
依据修复的特征，自修复型高分子材料可分为本征型和外援型两大类。
外援型聚合物自修复材料通常是指向聚合物基体中引入包覆有修复剂的微胶囊、微管或中空纤维等的复合材料。
当材料受到损伤时，包覆层破裂并释放出修复剂，修复剂之间相互反应从而完成修复过程。
如Ｗｈｉｔｅ等首次向环氧树脂中同时引入了包覆有环戊二烯修复剂的微胶囊和分散于基体中的Ｇｒｕｂｂｓ催化剂，当复合体系受到损伤时，微胶囊破裂，修复剂释放出来并与催化剂反应，形成新的聚合物从而实现裂纹的修复。
本征型聚合物自修复材料则是指聚合物通过大分子链自身的运动、缠结或可逆的化学反应（Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ反应、可逆酰腙键的形成、可逆双硫键的形成、硼酸酯键的形成等）、非共价键作用（超分子相互作用，如氢键、离子键、π－π堆叠等）而引发修复功能的一类高分子材料。
外援型自修复材料由于受修复剂的限制而无法实现多次修复，且修复的效果强烈依赖于修复剂的包覆效果。
自修复聚合物材料作为一种智能材料，可以修复在使用过程中因外力作用而产生的裂纹或局部损伤，从而恢复其原有的功能，延长其使用寿命。
该材料在表面镀层保护、生物医药材料、锂电池以及航空航天等领域具有潜在的应用前景。
为了满足不同的应用，研究人员将“牺牲键”引入到聚合物材料中，开发了自修复塑料、凝胶或弹性体。
对于自修复弹性体材料来说，兼顾良好的机械性能、高效的自修复效率及优异的光学性能是一个挑战性难题。
在国家自然科学基金委的支持下，中国科学院化学研究所工程塑料重点实验室研究员董侠等致力于智能材料的开发与应用，取得了系列进展（J. Polym. Sci. Part A: Poly. Chem. 2015, 53, 2094-2103; Polymer 2016, 84, 1-9; Mater. Chem. Front. 2017, 1, 111-118; ACS Appl. Mater. Inter. 2017, 9, 30046-30055; Macromolecules 2018, 51, 1100-1109）。
在此基础上，从分子设计角度出发，提出了一种新型自修复设计策略“P h a s e L o c k e d D y n a m i c Chemical Bonds（相锁定动态化学键）”，成功制备出无色透明、可快速自修复的高韧高强聚合物。
研究工作通过“硬段锁定”和“微相分离控制”相结合的策略展开，设计的含二硫键自愈聚氨酯弹性体（PUDS）呈现出无色透明的优异光学性质，最大拉伸强度可达25 MPa，断裂伸长率超过1600%，在温和加热条件下（70 ℃），弹性体表面划痕可在60s内迅速恢复，同时表现出良好的重复刮擦自修复功能，经多次刮擦自修复后材料的雾度值仅为0.6%。
这种无色高透明的自修复特征，使得该材料在光学领域具有重要的应用前景。
相关成果发表于《先进材料》（Advanced M a t e r i a l s . 2018, D O I : 10.1002/adma.201802556）。
具有自行修复功能的材料技术的研究与应用材料学是一门有着悠久历史的学科，自古以来，就一直在不断发展和更新技术。
近年来，随着科学技术的发展，人类对材料学的要求也越来越高，我们不仅要求材料的强度、韧性、耐腐蚀性等性能要好，而且还要求其能够自我修复，这也是当前材料学研究的热点之一。
本文将从以下几个方面来探讨具有自行修复功能的材料技术的研究与应用。
一、自行修复功能材料的概念及分类自行修复功能材料是指当材料发生裂纹或损伤时，其能够自行修复并恢复其原有的力学性能和完整性。
这种材料可以根据其不同的修复机制分为生物修复、热响应修复和化学修复三类。
1、生物修复：生物修复是指利用活体内的细胞、组织和胶原蛋白等生物元素，在材料损伤后，由生物元素填充裂纹或损伤处，再逐渐在细胞的生理功能调节下回复材料的完整性和性能。
2、热响应修复：热响应修复材料利用材料内部的热敏感结构或物质，在受热时通过化学反应或膨胀等机制实现材料的自行修复。
3、化学修复：化学修复是指利用材料内部的自修复单元，如微胶囊、自修复微球等，当材料发生损伤时，自修复单元会迅速释放特定的化学物质，与裂纹周围的物质反应从而修复裂纹。
二、自行修复功能材料技术的研究进展自行修复功能材料技术的研究是材料学科中一个面向未来的发展方向，越来越多的科学家和工程技术人员对其进行了广泛的研究。
现已研制出了一系列具有自行修复功能的材料产品。
1、自修复铁的研究自修复铁是利用氢气与铁粉进行反应，生成铁氢化物，使其具有自修复功能的一种材料。
研究表明，将自修复铁应用于桥梁等工程建设领域中，不仅可以降低材料相互接触的磨损，而且可以在一定程度上反应材料表面的淬火和放氢反应等。
2、光敏修复材料的研究通过将自修复单元与光敏液体结合，制成光敏修复材料，这种材料可以通过光敏效应来实现自我修复。
研究表明，光敏修复材料在光照下会产生多种化学剂，这些化学剂之间会发生反应，从而使其具有自我修复功能。
3、微胶囊自修复材料的研究微胶囊自修复材料是一种将自修复单元包覆于聚合物微胶囊中的新型材料。
混凝土结构自修复技术的研究进展混凝土是建筑业中最常用的材料之一，但是它也存在诸多问题，如混凝土的老化、龟裂等。
这些问题直接影响建筑的安全性、使用寿命和经济性。
自修复技术是近年来不断发展的技术之一，应用于混凝土结构后，能够有效地解决混凝土龟裂老化等问题，提高混凝土结构的使用寿命与安全性。
1.自修复混凝土技术的简介自修复混凝土技术是利用混凝土内部的化学反应或微生物的活性来实现混凝土的自我修复。
该技术主要通过维修裂缝的封闭，恢复混凝土结构的连续性。
当前研究已经涉及到纳米材料、复合材料等，取得了良好的研究进展。
2.自修复混凝土技术的原理混凝土中的裂缝导致了混凝土的强度下降，给结构带来安全隐患。
自修复混凝土技术通过切断混凝土龟裂，改善混凝土材料的强度。
自修复修复技术能够自动为混凝土结构内部的裂缝补充物质，不仅维护了混凝土结构的完整性，而且还能够提高混凝土结构的耐久性。
3.自修复混凝土技术的现状目前，自修复混凝土技术已经成功应用到广泛领域。
下面是一些成功案例和应用领域的简介：（1）叶片复合材料弥补的混凝土宽裂纹：利用超声波接收器检测并处理修复后的裂纹，成功修复了混凝土结构内部的裂纹，提高了混凝土结构的耐久性和安全性。
（2）碳纤维加固混凝土梁：碳纤维能够为混凝土结构创造一个适宜的亲和力，使其强度和抗剪强度得到提高，减少裂缝的发生。
（3）钢丝网补弥补裂缝混凝土：在混凝土表面铺设钢丝网，配合聚合物渗透修复剂，实现自修复混凝土。
4.自修复混凝土技术的未来发展随着混凝土自修复技术的研究不断深入，未来的发展方向主要涉及以下几个方面：（1）一种全新的自修复混凝土材料正在被研制，其具有很高的自修复效率、高度繁殖速率和较高的集成性。
（2）研究采用纳米材料、微复合材料和自组装材料等，来研制自修复材料，以达到自修复更高效，材料更加适用的目标。
（3）研究开发微生物技术，通过改变生物胶质的生态平衡，利用微生物的代谢过程来产生自修复剂，实现高效自修复。
自愈合聚合物材料2011011743 分1 黄浩一、背景众所周知，高分子材料的老化和机械损伤是影响其寿命的两个重要因素，经过几十年的工艺积累，技术人员在防老化和提高机械性能上已经为其进行了大量的改进。
但这些研究工作都是对其损伤进行预防，而一旦损伤产生，则就会产生薄弱点，后续破坏会更加集中于这部分微裂纹中，并可能引发宏观断裂。
如下图所示：因此对微裂纹的早期发现和修复是一个非常实际的问题。
肉眼能发现的分层或由冲击所导致的宏观裂纹不难发现, 并能通过手工进行修复。
常用的观察内部损伤的技术手段有超声波和射线照相术等，但由于这些技术的局限性, 加上聚合物的裂纹往往在本体深处出现, 如基体的微开裂等微观范围的损伤就很难被发现。
与合成的材料相比, 许多活着的生物系统能够对外应力以及损伤产生反应, 生物体的损伤部位会自愈合。
通常这些植物体或者动物体在体系受伤时会分泌出不同的液体在受伤部位结痂或者重建。
根据这种思路，现在兴起了自愈合高分子材料的研究热潮，目前研究的主要修复方法有微胶囊法、空芯纤维法、毛细血管网络法、热可逆交联反应修复法和利用弱相互作用修复等等。
二、发展概况自愈合高分子材料的定义为：能对外界环境变化因素产生感知, 自动做出适应、灵敏和恰当的响应, 并具有自我诊断、自我调节、自我修复等功能的高分子材料。
自愈合材料的概念是由美国军方在20 世纪80 年代中期首先提出来的。
1997年美国国家自然科学基金会提出将自修复和自愈合技术列为研究重点之一。
2002年美国把军用装备的自修复、自愈合材料研究列为提升装备性能的关键技术之一，并提出了开发基于生物有机体损伤愈合原理的生物机敏材料, 旨在革新和发展新一代航空航天材料。
三、愈合方法及其研究成果目前研究的主要修复方法有微胶囊法、液芯纤维法、毛细血管网络法、热可逆交联反应修复法和利用弱相互作用修复等。
1. 微胶囊法该方法是将修复剂填入微胶囊中，当出现力学破坏，导致聚合物基体发生损伤时，微胶囊破裂并释放出修复剂，当修复剂和催化剂接触时, 聚合就开始了, 损伤被修复。
在微胶囊法中，关键的三个组分分别为修复剂、催化剂和微胶囊：修复剂必须具备低粘度、低挥发性和室温下快速反应的特点，低粘度确保了在微胶囊破裂后能够快速渗出，并充填到微裂纹中，如果粘度太大，则聚合反应先于渗透发生，微裂纹不能完全修复。
催化剂是预先分散于聚合物基体中的，与修复剂有一定的空间距离，因此其分散度、粒径以及与聚合物基体的相容性都会影响后续的修复动力学。
而微胶囊的性质和几何尺寸对愈合过程也会产生重要影响。
第一，不合适的微胶囊大小将会削弱基体强度，这与填料粒径对基体机械性能的影响是一致的。
第二，如果胶囊的外壳太厚,遇到裂纹难以破裂，相反如果胶壳过薄,在加工成型过程中就可能被破坏，使修复剂渗出。
微胶囊法是由White等人第一次提出并进行实验的，他们设计了内部嵌有携带修复剂的微胶囊，每个微胶囊破裂时，通过毛细作用将修复剂渗出，修复剂接触预先分散埋入环氧基体的催化剂而引发聚合, 键合裂纹面。
冲击实验结果表明这种材料能恢复75%的性能，这种由微裂纹引发的聚合使得基体实现了原位修复和自动修复。
如右图所示：White使用金属钌配合物作催化剂，在损伤区域引发双环戊二烯(DCPD)聚合形成高度交联的聚合物网络，从而实现自修复。
这种方法的巧妙之处在于反应机理属于活性开环聚合(ROMP),修复后的聚合物端基仍有活性,重新注入单体会继续聚合,因此只要适时添加单体即能对再产生的裂纹进行多次修复。
在这种方法里，起修复作用的催化剂（金属钌配合物）与环氧树脂的固化剂（胺类固化剂）会发生一定程度的反应，如果减小催化剂的粒径会加快修复进程，但是在基体生产过程中，固化剂会使催化剂在一定程度上失活。
为此许多学者都采取将催化剂与胺类固化剂隔离开来的方法。
如Taber发现该催化剂能够和石蜡相容,而且石蜡能有效阻隔催化剂与固化剂的扩散反应，从而保证其稳定性。
Rule从Taber的工作那里受到启发,他利用蜡球包裹催化剂然后将蜡球和包裹了修复剂的微胶囊一同分散到材料基体内，催化剂外面的蜡能够保护其不受到胺固化剂的影响, 当DCPD释放到裂纹面时能够将蜡溶解,同时蜡还能提高催化剂在基体内的分散性和相容性。
微胶囊法是目前研究最多、最深入的一种自愈合组织方式，而根据使用的修复剂、催化剂的种类以及它们在基体中的各自分散方式，可以主要分为如下几类：（修复剂包覆在微胶囊中，催化剂以固态分散在基体中）（催化剂包覆在微胶囊中，修复剂与基体以微相分离的方式共存）（修复剂包覆在微胶囊中，催化剂附着于微胶囊的外壁）（修复剂包覆在微胶囊中，破裂后直接与破损表面交联，无需催化剂）（热塑性树脂珠分散于热固性树脂中，利用加热融化修复裂纹）2. 液芯纤维液芯纤维法制备自修复材料的原理与微胶囊法类似，都是利用中空材料包覆修复剂，当机械应力导致宏观破坏时，液芯纤维破裂，修复剂渗出进行聚合或固化反应，填充微裂纹。
当然，液芯纤维和微胶囊各有优势，液芯纤维的容量比微胶囊更大，而且其破裂方式与聚合物基体的宏观破裂具有相似性，但液芯纤维也会更大程度地影响材料的韧性和综合力学性能，两者各有优劣。
由液芯纤维赋予自修复能力的聚合物材料的研究领域可以分为：（1）导致材料内部损伤的因素, 如动力载荷（2）修复( 粘合) 剂释放的驱动力, 如纤维的破裂（3）空芯纤维（4）封入纤维内的化学试剂, 包括单体或预聚物（5）修复剂的加工处理及固化方法等。
由此可见, 影响这类材料自动修复效率的因素主要有四点：第一，液芯纤维管与基材的性能匹配情况, 纤维管过韧和过脆都不利于自修复功能的实现；第二，修复后的强度与原始强度的比值是评价修复效果的重要依据, 直接决定于修复部分及其粘结点的强度；第三，液芯纤维管的数量,太少则修复效果差、修复次数少,多了又可能影响材料的宏观力学性能；第四，在材料中要实现修复剂的流动，如果仅靠自身的渗透是一个缓慢的过程, 因此管内的预压力和修复剂的流动性也都要认真考虑。
Dry在玻璃微珠填充的环氧树脂基复合材料中嵌入长约10cm、容积100LL的空芯玻璃纤维,修复剂为单组分（如右图b）或双组分（如右图a）的粘合剂。
在动态载荷的作用下液芯纤维破裂, 适时释放粘合剂到裂纹处固化, 从而堵满基体裂纹, 阻止裂纹的进一步扩展。
赵小鹏等人进行类似实验后，测得修复后环氧树脂的平均强度已可达到原有强度的84%。
Pang进行类似实验，得到的愈合后材料的挠曲强度为初始强度的97%, 而在同样的破坏下,不进行愈合其残留强度为88%。
由于空心玻璃纤维的结构容易让人联想到光纤，而杨红等人根据这种思路，开展了利用空心光纤灌注胶液的方法进行复合材料损伤、断裂的自诊断、自修复网络系统的研究。
空心光纤由纤芯、包层和涂敷层组成，一方面利用空心光纤的独特光传播特性，当空心光纤收到应力，发生弯折甚至断裂时，其光导特性会发生变化，由此组成自诊断传感器网络，可以对复合材料的性能进行实时监测, 另一方面利用光纤的空心处灌注胶液对基体中的损伤、断裂进行自修复。
3. 毛细管网络法发展空芯纤维管自愈合材料的另外一种方法就是设计一种相互连接串联网络结构材料，将零散的空心纤维连接起来，就如同人体肌肉中的毛细血管一样。
毛细管网络结构在聚合物复合材料中的应用虽然处于起步阶段, 但是表现出了强大的应用潜力,和微胶囊以及液芯纤维比起来具有较大的优势,一方面，基体内的三维网络结构能够对材料本身起到强韧的作用,另一方面，毛细管内的联通的网络结构，还能为各处的微裂纹或薄弱点源源不断地供给修复剂，起到对材料多次修复的作用,这将使毛细管网络结构成为了当今的研究热点之一。
但是这种材料体系要达到较高的修复效率须满足几个要求：（1）修复剂要有较低的黏度, 使其能够容易地流到裂纹面。
（2）这种固相的催化剂在涂层加工过程以及以后还具有反应活性。
（3）催化剂的颗粒能够较快的与裂纹处的单体进行反应,形成具有一定强度的交联聚合物。
Toohey等根据人的皮肤的构造设计了自愈合体系：在包含有三维网络结构的基体表面沉积一层环氧树脂涂层,Grubbs催化剂颗粒均匀地分散在基体表面的那层树脂内, 将DCPD修复剂填充在涂层下的三维网络结构内。
将其放在四点弯曲测试机上进行力学测试,当裂纹产生时, 基体内的微通道会将修复剂输送到基体和涂层的界面,并接触催化剂图层，在催化剂的作用下，修复剂发生聚合反应，逐渐将微裂纹固化。
4. 利用热可逆交联反应无论是微胶囊、液芯纤维还是毛细管网络，其修复机理都是利用了内部填充的单体或预聚物，当力学破坏发生时，由宏观断裂引起包覆材料的破损，修复剂渗出，在催化剂作用下进行聚合或者交联。
修复剂、催化剂和包覆材料是这类自愈合材料的功能元件。
但从另一个角度思考，如果聚合物本身是经过一个可逆聚合（交联反应）生成的，那么当宏观断裂发生时，可以让微裂纹附近的基体解聚，再重新聚合固化，这既可以达到原位填充、修复，又能从根本上实现“自”愈，摆脱填充物的限制，而且在理论上还有无限修复的能力。
我认为，这也是未来自愈合材料的终极发展方向。
Chen等人以呋喃多聚体和马来酰亚胺多聚体进行Diels-Alder热可逆共聚,形成由可逆共价键连接而成的大分子网络，其机械力学性能与一般的商业树脂如环氧树脂和不饱和聚酯材料相媲美。
如果对缺口冲击产生的裂缝进行简单的热处理, 界面处仅能观察到细微的不完善,修复效率达到57%，如右图所示：作为一种新颖的修复方法, 它还有一些问题需要完善, 如：马来酰亚胺单体有色且熔点太高、不溶于呋喃四聚体, 需要降低反应单体的熔点和改善互溶性；该聚合物在130℃下固化完全, 固化耗时较长, 需要加快反应速度。
此外, 该聚合物的最高使用温度(80-120℃)对于许多结构材料的应用则显得过低。
尽管如此, 在聚合物网络中引入热可逆的共价键仍然为我们探求材料的修复路径提供了又一思路。
此外，其他的环加成反应，如[2+2]环加成也可以用来制备自修复高分子材料，而且由于[2+2]反应是光激发的，而Diels-Alder[4+2]反应是热激发的，因此前者可以避免修复过程中由于加热对尺寸精度的破坏。
又因为光源相对于热源更容易集中，因此能耗和修复选择性要强于热激发的修复反应。
下图即为一个例子：5. 利用弱相互作用的修复我们知道，热塑性塑料在加热到粘流温度以上，变成粘稠流体，从而获得加工性，而在玻璃化温度之上，由于自由体积的扩张，链段就可以进行运动，这使人们想到可以用局部加热加压的方式，让微裂纹附近发生局部软化、流化，利用链段扩散和分子链整体的扩散，在微裂纹处进行物理交联、贯穿，从而加固受损部位。
Raghavan等研究了线形聚苯乙烯和交联乙烯基树脂复合材料的修复, 发现临界应变在裂纹界面退火后有1.7%的回复, 这是由线形聚苯乙烯链的贯穿引起的。
