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如果损坏的物品能够像一些生物受伤那样自我修复该有多好呀。其实，人们的这个愿望也是科学家一直在努力研究的一个课题。最近，这个课题有了进展，科学家研究出一种能自发修复内部 “劳伤”的全新塑料，它在自我修复的过程中需要氧气，而且有趣的是一旦修复完了，它竟然“有排泄物”排出。据说，这种全新塑料已在具体的产品上开始使用。
迄今为止，我们日常使用的塑料有容易老化、产品寿命短的缺点。为此，开发尽可能不老化的塑料是材料研究的重大课题。
制造抗老化的材料一直是科学家的目标，就拿塑料来讲，尽管做了许多改进，但现在日常看到塑料的寿命至多也不过10年。强度很小的物质构成的人类寿命却有百年左右。这是为什么呢？原来我们人体能够一边自我修复损坏的地方一边继续生存着。科学家受此启发将生物自我修复的机理用于人造材料，结果取得成功，制造出寿命更长的材料。科学家认为，如果材料自我修复手段真正实现，这将对今后的产品产生革命性的改变。
塑料强度的奥秘
世上的塑料可大体分为三类，即“通用塑料”“工程塑料”以及“超工程塑料”。通用塑料有聚苯乙烯、聚乙烯以及氯乙烯等，它们用于制造日常生活用品，寿命5~6年左右。工程用塑料有聚碳酸酯、聚酰胺和聚氧化甲烯等，它们一般用于制造汽车的零件、电器电子用品，价格一般比通用塑料高，寿命约10年。超工程塑料仅在特殊环境下使用，主要用于航空航天用品，其价格昂贵，使用寿命可达100年。
我们日常使用的塑料，其寿命至多10年左右。短寿命的主要原因是塑料内部会出现“劳伤”，这与材料老化有关。那么老化是怎样产生的呢？
塑料是由碳和氢以及氧结合成的纤维状结构高分子。这种高分子的纤维之间错综地络合在一起，是塑料作为固体具有的强度。在普通的塑料里，每一条纤维大约有7处络合在一起，这是保证塑料使用的安全强度。
塑料老化是由于纤维被切断引起的。其原因是太阳的紫外线或人类使用中施加的外力导致的。假定7处络合在一起的纤维正中附近断了，于是一条纤维就变为二条纤维，这个反应过程被称之塑料的老化。（图1）
大凡人们都有这样的体验，一直被太阳晒的塑料桶灌满水，刚想提起来，只听见嘎叭一声响，提手与塑料桶断裂。这种状况可以说每条纤维已有多处断裂。通常塑料随着使用时间越长老化越严重。为此在制品的材料里已掺入一些紫外线吸收剂，以抑制老化，或者在制品外表涂上油漆以抗老化，尽管如此，老化依旧进行。
科学家研制的“自我修复塑料”是将断开的高分子再自发地接上，以消除老化。当然这并非是说寿命可以无限长，但是与普通的塑料相比，老化进程较慢，使用时间明显延长。
橡皮膏与修补剂
1997年，科学家首次开发出的自我修复塑料，是一种叫聚苯醚的工程塑料。成功的关键是开发了为应急处理伤用的“橡皮膏”和治伤的“修补剂”。修补的原理十分简单，首先假定在某些外因作用下，这时担负分子结合的电子错开，导致高分子被切断，出现自由的电子，老化开始。由此，预先置入的修补剂向这个自由电子靠近。在聚苯醚，铜起到了这个修补剂的作用。开始，铜以2价（缺少2个电子）的状态存在，当它从断开部分得到一个电子后变成1价。这个过程稍微复杂，但是概略地讲，通过这样的氧化还原反应，中断的部分就被恢复成原样。
这时，重要的可说是起“橡皮膏”作用的氢。为了供给氢，使聚苯醚具有自我修复能力，已预先在聚苯醚中置入了“氢供给剂”，当断裂出现时，氢来到断开部分产生的自由电子处进行结合。（图2）
如果没有氢供给剂的应急处理，聚苯醚的高分子内部可能出现“拆东墙补西墙”现象，于是在各处连锁产生自由电子，有可能造成材料“伤痕累累”。
自我修复不可缺
自我修复到此完了，但是反应还在继续。得到电子变成1价的铜，继续与大气中的氧发生氧化反应。这时氧得到一个电子，铜又回到2价，再次获得作为“修补剂”的能力。而且这时反应产生的氧离子与“橡皮膏”的氢离子结合生成的水作为废物“排泄”出来。每克聚苯醚修复产生的水量为几百微克，修补“劳伤”系统的这种有规律循环，是自我修复不可缺的。
科学家还成功地为聚碳酸酯等构筑自我修复系统。聚碳酸酯的修补剂是碳酸钠，这时作为排泄物是石炭酸（苯酚），气味非常难闻。排泄物的出现是材料修复过程一个非常有趣的事，其实通过改进也可不排泄。例如在聚碳酸酯材料中加入起垃圾箱作用的物质，具体地说如果放入碱性的微小硅胶，则石炭酸将被硅胶吸附，就不会往外释放垃圾了，但是反应生成的物质又成为另一个问题，研究还在进行。目前，科学家正全力以赴构筑其他塑料的修复系统。
全新学科或许诞生
现在我们知道，上述材料自我修复是铜等触媒作用在受伤处完成的。但是塑料是固体，铜等原子或分子真的能流动到断裂处吗？许多研究者认为触媒不可能在固体中流动到断开部分。但是有专家认为，在5~10纳米区域中有触媒就能引起自我修复反应。
对于化学反应的条件，很多人认为只能在水溶液中或气态中，即反应分子能流动的地方。这个常识妨碍了对自我修复反应的理解。其实，材料自我修复引起的化学反应涉及到的只有1023规模的分子，与普通的化学反应完全不同，也无法使用“化学平衡”等概念，也许这是一门全新科学的领域，需要从理论上进一步研究。
另外，科学家在进行这项研究中还发现，自我修复反应优先发生在老化最厉害的部分，一旦高分子断开部分增加理应引起的修复反应也多，但是结果是老化严重的部分优先修复。由此专家开始将研究方向转移到延伸塑料的寿命上了。
自2002年起日本约10家企业推出以自我修复塑料为原料的具体产品，这些产品主要是电化产品。因为这些产品经常受光或热曝晒容易老化。另外，汽车部件使用自我修复塑料后，寿命也明显延长。
自我修复延伸寿命
科学家预言，今后不单是塑料，包括金属和陶瓷等一切人造材料在内都有可能具有自我修复性，自主地应对老化。在材料研究中，所谓“自我修复”概念以前就有，但是从未见过有实物。科学家制造出实物，显示“自我修复”是可能的。由此，科学家进行相应各种材料的自我修复性的研究。如果自我修复材料被人们日常使用，或许不久自我修复性将作为产品的标准。总之因产品的寿命显著延伸了，表明了产品的可靠性和性能都提高了。
在资源日趋减少的今天，有效地利用自我修复性，延长物品的使用寿命，这从另一方面也缓解了日益严重的环境问题。
迄今为止，我们日常使用的塑料有容易老化、产品寿命短的缺点。为此，开发尽可能不老化的塑料是材料研究的重大课题。
制造抗老化的材料一直是科学家的目标，就拿塑料来讲，尽管做了许多改进，但现在日常看到塑料的寿命至多也不过10年。强度很小的物质构成的人类寿命却有百年左右。这是为什么呢？原来我们人体能够一边自我修复损坏的地方一边继续生存着。科学家受此启发将生物自我修复的机理用于人造材料，结果取得成功，制造出寿命更长的材料。科学家认为，如果材料自我修复手段真正实现，这将对今后的产品产生革命性的改变。
塑料强度的奥秘
世上的塑料可大体分为三类，即“通用塑料”“工程塑料”以及“超工程塑料”。通用塑料有聚苯乙烯、聚乙烯以及氯乙烯等，它们用于制造日常生活用品，寿命5~6年左右。工程用塑料有聚碳酸酯、聚酰胺和聚氧化甲烯等，它们一般用于制造汽车的零件、电器电子用品，价格一般比通用塑料高，寿命约10年。超工程塑料仅在特殊环境下使用，主要用于航空航天用品，其价格昂贵，使用寿命可达100年。
我们日常使用的塑料，其寿命至多10年左右。短寿命的主要原因是塑料内部会出现“劳伤”，这与材料老化有关。那么老化是怎样产生的呢？
塑料是由碳和氢以及氧结合成的纤维状结构高分子。这种高分子的纤维之间错综地络合在一起，是塑料作为固体具有的强度。在普通的塑料里，每一条纤维大约有7处络合在一起，这是保证塑料使用的安全强度。
塑料老化是由于纤维被切断引起的。其原因是太阳的紫外线或人类使用中施加的外力导致的。假定7处络合在一起的纤维正中附近断了，于是一条纤维就变为二条纤维，这个反应过程被称之塑料的老化。（图1）
大凡人们都有这样的体验，一直被太阳晒的塑料桶灌满水，刚想提起来，只听见嘎叭一声响，提手与塑料桶断裂。这种状况可以说每条纤维已有多处断裂。通常塑料随着使用时间越长老化越严重。为此在制品的材料里已掺入一些紫外线吸收剂，以抑制老化，或者在制品外表涂上油漆以抗老化，尽管如此，老化依旧进行。
科学家研制的“自我修复塑料”是将断开的高分子再自发地接上，以消除老化。当然这并非是说寿命可以无限长，但是与普通的塑料相比，老化进程较慢，使用时间明显延长。
橡皮膏与修补剂
1997年，科学家首次开发出的自我修复塑料，是一种叫聚苯醚的工程塑料。成功的关键是开发了为应急处理伤用的“橡皮膏”和治伤的“修补剂”。修补的原理十分简单，首先假定在某些外因作用下，这时担负分子结合的电子错开，导致高分子被切断，出现自由的电子，老化开始。由此，预先置入的修补剂向这个自由电子靠近。在聚苯醚，铜起到了这个修补剂的作用。开始，铜以2价（缺少2个电子）的状态存在，当它从断开部分得到一个电子后变成1价。这个过程稍微复杂，但是概略地讲，通过这样的氧化还原反应，中断的部分就被恢复成原样。
这时，重要的可说是起“橡皮膏”作用的氢。为了供给氢，使聚苯醚具有自我修复能力，已预先在聚苯醚中置入了“氢供给剂”，当断裂出现时，氢来到断开部分产生的自由电子处进行结合。（图2）
如果没有氢供给剂的应急处理，聚苯醚的高分子内部可能出现“拆东墙补西墙”现象，于是在各处连锁产生自由电子，有可能造成材料“伤痕累累”。
自我修复不可缺
自我修复到此完了，但是反应还在继续。得到电子变成1价的铜，继续与大气中的氧发生氧化反应。这时氧得到一个电子，铜又回到2价，再次获得作为“修补剂”的能力。而且这时反应产生的氧离子与“橡皮膏”的氢离子结合生成的水作为废物“排泄”出来。每克聚苯醚修复产生的水量为几百微克，修补“劳伤”系统的这种有规律循环，是自我修复不可缺的。
科学家还成功地为聚碳酸酯等构筑自我修复系统。聚碳酸酯的修补剂是碳酸钠，这时作为排泄物是石炭酸（苯酚），气味非常难闻。排泄物的出现是材料修复过程一个非常有趣的事，其实通过改进也可不排泄。例如在聚碳酸酯材料中加入起垃圾箱作用的物质，具体地说如果放入碱性的微小硅胶，则石炭酸将被硅胶吸附，就不会往外释放垃圾了，但是反应生成的物质又成为另一个问题，研究还在进行。目前，科学家正全力以赴构筑其他塑料的修复系统。
全新学科或许诞生
现在我们知道，上述材料自我修复是铜等触媒作用在受伤处完成的。但是塑料是固体，铜等原子或分子真的能流动到断裂处吗？许多研究者认为触媒不可能在固体中流动到断开部分。但是有专家认为，在5~10纳米区域中有触媒就能引起自我修复反应。
对于化学反应的条件，很多人认为只能在水溶液中或气态中，即反应分子能流动的地方。这个常识妨碍了对自我修复反应的理解。其实，材料自我修复引起的化学反应涉及到的只有1023规模的分子，与普通的化学反应完全不同，也无法使用“化学平衡”等概念，也许这是一门全新科学的领域，需要从理论上进一步研究。
另外，科学家在进行这项研究中还发现，自我修复反应优先发生在老化最厉害的部分，一旦高分子断开部分增加理应引起的修复反应也多，但是结果是老化严重的部分优先修复。由此专家开始将研究方向转移到延伸塑料的寿命上了。
自2002年起日本约10家企业推出以自我修复塑料为原料的具体产品，这些产品主要是电化产品。因为这些产品经常受光或热曝晒容易老化。另外，汽车部件使用自我修复塑料后，寿命也明显延长。
自我修复延伸寿命
科学家预言，今后不单是塑料，包括金属和陶瓷等一切人造材料在内都有可能具有自我修复性，自主地应对老化。在材料研究中，所谓“自我修复”概念以前就有，但是从未见过有实物。科学家制造出实物，显示“自我修复”是可能的。由此，科学家进行相应各种材料的自我修复性的研究。如果自我修复材料被人们日常使用，或许不久自我修复性将作为产品的标准。总之因产品的寿命显著延伸了，表明了产品的可靠性和性能都提高了。
在资源日趋减少的今天，有效地利用自我修复性，延长物品的使用寿命，这从另一方面也缓解了日益严重的环境问题。