法国科学家最近开发出一种神奇的“自愈合”（self-healing）橡胶，在一分为二后，它能够重新接合起来，而且仍然具有良好的弹性。这一神奇的性质无疑为新的材料开辟了广阔的应用前景。相关论文发表在2月21日的《自然》杂志上。

 

领导这项研究的是法国高等理工化工大学（Industrial Physics and Chemistry Higher Education Institution）的Ludwik Leibler，他和同事利用的初始原料十分简单——脂肪酸和尿素，而最终得到的新材料是一种能够伸缩的复杂交错结构。

 

传统的橡胶都是由单一连续的弹性分子构成，彼此间以较强的共价键连接。当材料断裂时，共价键也被切断，并且无法重新恢复。Leibler等人的方法就是利用较小的脂肪酸分子团来代替。通过将脂肪酸分子与尿素进行两步化学反应，一些含氮化学基团（如氨基和咪唑烷酮）就会“粘”到脂肪酸分子的各端，这样脂肪酸彼此之间就以氢键（氢原子和其他原子间的强引力）相连。

 

最终得到的分子系统是相当不均一的：一些脂肪酸有3个突出的集团，而另外一些只有两个。这就意味着该物质无法结晶成为硬的可碎的材料。相反，它能够延伸到原始尺度的5倍大小并恢复原状——尽管这一过程比一般的橡皮筋要慢，大约花费1分钟左右。

 

当这种新型橡胶被切断时，脂肪酸分子团体间的氢键断裂，分子各端的氨基等基团暴露出来。由于氨基之间天生“愿意”相互联系，当橡胶断口被重新对压在一起时，氢键又会重新形成。断口维持在一起的时间越久，这种重建的联系就越强烈，橡胶的自我修复也越完善。

 

研究发现，经过15分钟，新的切口就能得到较好的恢复，重建的橡胶能延伸到原尺寸的两倍。修复的橡胶这时尚不完美，如果没有足够长时间的“修养”，它还会在伤口处发生断裂。此外，这种橡胶只能与同时断裂的另一半相接，而修复过程也不会很快——18个小时后，断口处仍在进行有效的重建。（观看Nature网站视频）

 

尽管科学家此前也开发出多种自愈合材料，但此次研究最大的亮点在于，该橡胶的修复不需要加热或者很大力量的作用，只要在室温下、断口轻轻接触就能完成。

 

英国剑桥大学的化学家Oren Scherman表示，“新的研究思路十分单纯，而让资源变得可更新也值得称道。这具有很好的启发意义。”而日本东京大学的Takuzo Aida也认为，该材料的意义绝不仅限于新奇，“该发现十分贴近商业应用”。Ludwik Leibler本人希望这种橡胶能够用在玩具上，因为“孩子们爱破坏东西”。（科学网 任霄鹏/编译）

 

（《自然》（Nature），451, 977-980 (21 February 2008)，Philippe Cordier, Ludwik Leibler）