【官方雙語】自癒合聚合物：只對自身有粘性的高分子材料

這是一條自修復性聚合物。 這意味著我可以把它切成兩塊 然後在施加輕柔壓力的情況下， 將兩塊拼在一起 它將再次成為一體。 一開始你可能會覺得，嗯，這也沒什麼特別的。 就像我拿了一小條藍色黏土一樣 並將其切成兩半 然後將這兩塊東西壓在一起， 我再次只需要一塊藍色橡皮泥。 你也可以這麼說：看吧，假如我有兩個水滴 然後我把它們推到一起， 它們變成了一滴水。 Blu-Tack 之間的差異 而這種自修復聚合物就是這樣的。 嗯，藍丁膠是黏的。 它黏在我的手上，它黏在牆上， 它黏在帕特里克·斯圖爾特這張照片的背面。 因此，藍丁膠能黏住自己也就不足為奇了。 但這種聚合物並不黏。 水滴也是如此。 它們黏膩且會流動，因為它們是液體。 因此，我們自然會預期不同的行為。 如同我們從聚合物條帶中獲得的那樣，來自水滴。 我們其實可以將這個問題反過來思考。 為什麼這種聚合物具有自修復能力？ 我們可以問，為什麼其他事物卻無法自我修復呢？ 為什麼金屬無法自我修復？ 就像我將這塊金屬切成兩半一樣， 為什麼我不能直接把兩端推到一起呢 然後它會重新融合成一塊金屬嗎？ 就像你仔細想想正在發生的事一樣 在分子層面上，金屬是一種離子晶格。 在一群移動的電子雲中。 因此，如果你將這個晶格切成兩半 並將這兩個端點重新接合在一起， 對我來說，那看起來像是一個單一的金屬晶格。 那為什麼它不會變成一個呢？ 在金屬的情況下， 答案其實非常簡單。 這是氧化作用。 我這裡有一些金屬鈉， 軟到可以用刀切。 當我這麼做的時候，你會看到， 其實是一種非常光亮的金屬。非凡的金屬， 但這不會永遠持續下去。 那光亮的表面不會費多少時間 變得黯淡無光。 因為金屬正在發生反應 與空氣中的氧氣。 其實，無論切割哪種金屬，都會發生同樣的情況。 只是那層氧化物不太明顯罷了 以鋼鐵與鈉為例的情況。 因此，這是可以理解的。 如果你拿兩塊金屬 並將它們推到一起， 他們不會形成一整塊金屬 因為之間有一層氧化金屬。 事實上，如果你切下一小塊金屬 在太空的真空之中 然後將切開的表面推擠在一起， 他們會融合在一起。 我們知道這一點，是因為這類情況曾經發生過。 當我們不希望它至少發生一次時。 1991年4月，伽利略號太空船 應該打開其高增益天線， 看起來有點像把傘。 但那把傘的三根肋骨 與太空船本體冷焊在一起 所以它無法開啟。 這東西雖然有點像金屬，但還是有些不同。 因為它是一種聚合物。 所以會更像 如果我將一塊塑膠切成兩半 然後試著把這兩塊推到一起。 在這種情況下，他們明顯不會再融合在一起。 我想這也合情合理。 就像你把一塊塑膠切成兩半一樣， 那麼你就是在切斷單個聚合物鏈。 你正在打破碳原子之間的鍵結。 當你打破這種共價鍵時， 你只剩下基團了。 那是具有未成对價電子的原子。 他們反應極其迅速。 因此，我們應預期暴露的表面原子 與大氣中的分子發生反應。 或者如果處於真空狀態下， 我猜想他們會與周圍的原子產生反應 在實質本身之中。 因此，該暴露的表面變得不具反應性。 它不再黏了。 如果你將這兩個表面壓在一起， 那些債券不會再重組了 除非你能引入相當高的活化能。 那麼，為什麼我卻能切割這種材料呢？ 分成兩段，將兩段推到一起 並重新組合成一個整體嗎？ 看來完整的解釋是這樣 隱藏於商業機密之後 但那裡確實有一些資訊。 並非所有的自修復聚合物都相同。 而且看來至少有 兩種可能的解釋說明正在發生的情況 用這個。 第一個是聚合反應。 第二種是交聯反應。 聚合反應只是一種化學反應。 將許多小分子連接在一起的物質 形成長鏈分子，成為聚合物。 它也可以是你將兩條現有的聚合物鏈結合在一起的時候 並將它們連接成一條更長的聚合物鏈。 這或許正是正在發生的情況 使用這種自修復聚合物。 當你將兩個表面接合在一起時， 聚合物其中一表面的一些末端 正在與聚合物的一些末端結合 另一方面， 形成更長的聚合物鏈，跨越斷裂處。 與塑膠不同， 這種聚合反應可在室溫下發生 也許是因為當你分解聚合物時 你不會剩下高度活躍的自由基， 或者因為催化劑的存在。 我想這或許能解釋為什麼這種聚合物不具黏性。 如果催化劑具有高專一性 針對該特定的聚合反應 還有極少數其他人， 這就能解釋為什麼它只會黏住自己。 第二種可能性，交聯， 當你擁有大量獨立的鏈條時，就會發生這種情況。 然後你把它們連接起來 在鏈條的不同位置上。 例如，我這裡有許多小鏈條 也許我會把這兩條鏈子連在一起 此時，這兩條鏈條合在一起。 等等。 交聯可增強聚合物的強度。 例如，我這裡有這種液態乳膠。 因為單獨的聚合物鏈是液態的。 能夠相互滑動。 但我可以促使交聯結構的形成 這些獨立的鏈條之間 透過改變 pH 值。 因此，例如加入醋， 我將這種液態乳膠變成一個彈力球。 有趣的是，想到這一點 在我之前有許多單獨的分子 現在我有一個巨大的分子 一個彈力球的大小。 這對汽車輪胎之類的物品也是如此。 這條汽車輪胎是一個巨大的分子。 這與自修復聚合物有何關聯？ 當聚合物的兩個表面相接時 被聚集在一起， 一側表面的鏈條與另一側表面的鏈條 接觸並發生交聯反應。 有趣的是，那種反應真的會發生 室溫下。 而且有趣的是這種聚合物 能夠與自身建立連結， 但不是其他事物。 有趣的是，它並不黏膩。 無論是交聯反應 或為聚合反應， 解釋這種物質的原因 僅黏附於自身，而不黏附於其他物體 似乎細節到分子層次。 而這個細節似乎是一項商業機密。 但我會繼續挖掘下去。 如果我再發現什麼，會告訴你的。 其實，還有一種可能性。 但我認為這不是這裡的情況。 這就是微囊化技術。 你有這些微小的微囊 整個物質之中。 在那些膠囊內部 某種黏性物質 某種類似膠水的東西 或者是一種催化劑之類的东西。 當材料受損時， 它撕開了那些微囊 內容溢出而出 並開始致力於修復造成的傷害。 你可以買到非常相似的東西 來自一家標準的五金店， 通常稱為自融性膠帶， 但熔合的效果並不太理想。 但這是一種類似的概念。 希望您喜歡這段影片。 如果你這麼做了，別忘了按讚訂閱。 而且這個演算法認為你接下來會喜歡這支影片。