破镜也能重圆，一起来看看神奇的自修复材料
我们都知道生物组织在受损后可以自己再生修复，而对于我们所使用的材料来说则往往需要后期人为进行干预修复，如果材料也能在出现损伤的时候进行自我修复，那么对于消除安全隐患、增强材料的强度和延长材料的使用寿命等势必具有很大意义，由此自修复材料应运而生。
（图片来源于网络）
自修复材料是一种可以感受外界环境的变化，集感知、驱动和信息处理于一体，通过模拟生物体损伤自修复的机理，在材料受损时能够进行自我修复的智能材料。按照其机理可以分为两大类，一类是通过在材料内部分散或复合一些功能性物质来实现的，这些功能性物质主要是装有化学物质的纤维或胶囊；另一类是通过加热、光照等方式向材料提供能量，使其发生结晶、成膜或交联等作用来实现修复。基于这两大机理，自修复技术已经在混凝土、金属和高分子材料等领域有所应用。下面就跟着笔者通过几篇专利一起走进自修复材料吧！
权利要求1. 一种成形制品，包括:具有至少一根设置在其中的中空纤维的成形基体材料，所述中空纤维具有包含在其中的可释放改性剂，用于将改性剂保持在纤维内直到释放的装置，以及用于响应于至少一种外部刺激而允许改性剂从中空纤维释放到基质材料中的装置。
简单来说其机理为将中空纤维埋植于基体材料中，中空纤维内装有修复剂液体，材料发生破坏时通过释放中空纤维内的修复剂液体粘结裂纹处实现损伤区域自修复。该技术被广泛的应用于公路、地基及桥墩等建筑物中。
权利要求1.一种复合材料，包括：聚合物基体；包含聚合剂的聚合剂相；和多个胶囊，其包含用于聚合剂的相应活化剂；其中聚合剂相与聚合物基体相分离，胶囊与聚合剂相分离，胶囊将相应的活化剂与聚合剂隔离直至复合材料中出现裂缝与至少一部分胶囊和至少一部分聚合剂相相交，并且相应的活化剂是包含金属的催化剂，该金属选自铅、锡、锆、锑、铁、镉、钙、钡、锰、铋和钛。
该专利提出了一种在聚合物基体中通过嵌入微胶囊进行自修复的新方法。如上图所示，复合材料（10）包括聚合物基质（12）、相分离的聚合剂（14）和含有活化剂的微胶囊（16），当复合材料开始形成裂缝（20），当裂缝发展至足以与含有活化剂的微胶囊和聚合剂相交时，聚合剂以及微胶囊破裂后流出的活化剂在毛细作用下流到裂缝处，发生聚合反应修复裂缝。
权利要求1. 自愈合聚合物，其中所述聚合物包含至少两个愈合部分，由此所述至少两个愈合部分中的每一个包含至少一个二硫化物基团。
如上图给出了用于生产基于环氧树脂的自愈性交联聚合物的一个优选反应方程式，该专利提出通过可逆二硫键来实现自修复高分子复合材料的自修复，二硫键是一种比较弱的共价键，成键所需要的能量比较少，二硫键可以通过还原反应，断裂后形成巯基，如果巯基氧化，则重新形成二硫键，二硫键可以和相同或者不同的硫原子重新成键，具有一定的可逆性，可实现多次断裂与修复，并且能在较低的温度下实现自修复，无需外界刺激。
以上通过几篇基础专利了解了自修复材料的一些主要技术及原理，接下来，笔者将通过在incoPat数据库中检索，对其技术分布进行统计。
如下图所示，自修复材料相关专利IPC分类号主要分布在C08（有机高分子化合物；其制备或化学加工；以其为基料的组合物），共涉及364件；其次为C09（染料；涂料；抛光剂；天然树脂；黏合剂；其他类目不包含的组合物；其他类目不包含的材料的应用），共涉及107件；排在第三位的为H01(基本电气元件)，为88件，此外还涉及塑料、水泥混凝土、医学类等领域。
可以看出，自修复材料应用领域十分广泛，可应用于建筑、机械、电子、汽车、航天等领域。
比如2010年，日产推出了一款“自动愈合车漆”，无需外力介入，就可以对划痕进行修复，日产表示，该车漆其实是一种特殊的涂层保护剂，由高密度的透明合成树脂构成，当汽车出现划痕时，超强力的网状树脂也会缓缓地回弹，直到填平表面上的擦痕。
再比如智能手机领域，摩托罗拉和三星都申请了可以自行修复手机屏幕裂缝的专利，还有报道称苹果申请了一项折叠屏专利，这种屏幕本身可以“自愈”，通过在显示器中覆盖一层自愈合材料，减轻显示屏覆盖层中的凹痕、划痕或其他缺陷的数量。
自修复材料还可应用在仿生机器人领域，德国马普研究所与美国宾州州立大学合作，利用鱿鱼腕足吸盘中的环状齿蛋白序列，通过蛋白质工程技术，制备出具有高愈合速度、高愈合强度的生物可降解弹性自修复材料，可用于气动人工肌肉、柔性抓手制造方面。
随着研究的不断深入，具有自感知自修复功能的材料会越来越多，对于自修复材料，我们欣赏它神奇的自修复功能，希望未来随着成本不断下降、产量不断上升，可以尽早看到其大规模应用。
参考资料：
RECOMMEND
推荐阅读
脑机接口：好家伙！神奇的意念之术要实现了吗？
可深了丨一篇说透专利布局原理
郭吧丨一篇读懂：集成电路布图设计保护法的“前生今生”
诺诚健华“赶考”科创板，谋求“H+A”双资本平台运作
看世界
欢迎原创投稿，稿件一经采用，支付稿费
投稿邮箱：iptree@iptalent.com
看都看了，点个“在看”再走鸭