新型可修复材料研究 向智能化人工肌肉迈出重要一步

【环球网科技报道 记者 张阳】据南京大学官网消息，该校化学化工学院、配位化学国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心李承辉副教授与斯坦福大学鲍哲南教授合作，利用配位键设计合成了一种高弹性的自修复材料。该研究为人工肌肉走向智能化又迈出了重要的一步。

高弹性自修复材料

自修复材料是近十几年来兴起的一种新型智能材料。它可以实现材料对自身裂纹的检测并自发完成对材料的修复，从而可以预防材料由于产生裂纹而存在的潜在破坏，在航天、军工、桥梁、建筑以及工程等领域中有着重要应用。传统材料为了追求高强度及柔韧性，通常都是由不可逆的共价键构筑而成的。这种共价键在断裂之后无法再重建，因此传统材料受损后很难修复。

目前，用于自修复材料的可逆化学键主要有两类。一类是可逆动态共价键，例如共轭双烯与烯烃或炔烃之间可逆的Diels-Alder反应，双硫键可逆的氧化还原反应等。另一类是非共价键相互作用，例如氢键、静电吸引、疏水作用、π-π堆积等分子间弱相互作用。这两种途径各有优缺点。

李承辉副教授与斯坦福大学鲍哲南教授合作，利用配位键设计合成了一种高弹性的自修复材料。这种配位键将具有物理(热)可逆性或者化学可逆性，因而能够用于构筑自修复材料。同时，由于配位键强度适中，将能够克服可逆共价键和非共价弱相互作用的缺点。

据斯坦福大学官网报道，这种新材料可以由1英寸(约2.5厘米)被拉伸到100英寸(约2.5米)以上。它还具有很强的自修复能力。一般情况下，被破坏的聚合物需要通过溶剂修复或热修复来恢复特性，但是这种新材料可在室温甚至低温条件下进行自修复。研究人员发现，它在零下20摄氏度的条件下也能自行修复。

修复人工肌肉器件

因此，该材料还可用于制造人工肌肉。近年来人们开始关注一种基于电活性聚合物的人工肌肉。基于电活性聚合物的人工肌肉具有应变高、柔软性好、质轻、无噪声等特点，被公认为最具发展潜力。利用本研究中的自修复材料所制备出的人工肌肉器件，能够随着电压变化不断膨胀与收缩，因此其动作可以通过外部电压来控制。而且，该人工肌肉受损后可自动修复，修复后的器件仍然可承受与修复前同样高的电压。