日报标题：这种材料，破了一点就会自己「报警」 winningman，Ph.D. in chemistry 高分子材料是当今生产生活中不可缺少的材料之一。虽然使用广泛，但是一大缺点就是容易受到破损。即使是非常微小的破损，它也会逐渐蔓延、扩展开来，最终很可能导致材料的整体性能显著下降而无法正常使用。一个典型的例子就是金属表面的保护漆，微小的破损也会导致内层的金属难以抵挡腐蚀。所以，通过简单的方式观察到材料的细微破损意义重大，这在航空航天材料、尖端工程材料的设计中尤甚。 针对这个问题，材料科学家们也曾提出各种解决方案：如利用具有开关效应的荧光、机械力响应的化学基团等。总体来讲，这些方案多出现“假阳性”，或是难以保证材料的长期稳定性。为了解决上述难题，美国 UIUC 的 Nancy R. Sottos 领导的课题组最近利用包埋囊泡的方式发明出一种可进行“破损示警”的高分子材料。 （说明：右上图：具有“破损示警”效果的环氧树脂涂层的光学照片，划痕处颜色明显。左上图：普通环氧树脂涂层的光学照片，划痕处难以辨别。中图：该“破损示警”涂层从左至右分别刻有深度逐渐加深的五道划痕，划痕越深，颜色越明显。下图：对中图中标有 123 标志的局部放大图像。） 研究者使用的原理是将“示警分子”二氯荧光黄 (DCF)预先包裹在高分子囊泡中，再将这种囊泡通过特殊的加工方式分布于氨基环氧树脂涂层之内。在正常的条件下，高分子囊泡将 DCF 与氨基环氧树脂彼此隔离开来。而一旦涂层受到破损，DCF 与氨基环氧树脂接触产生化学反应，伴随产生颜色变化，以此进行“破损示警”。这种材料最低可以显示出宽度低达 10 微米的划痕破损。 （说明：上图：溶液内，DCF 分子在碱性条件下变为开环形式，颜色由黄色变为红色。下图：囊泡法“破损示警”环氧树脂涂层的作用原理。） 研究者长时间跟踪了该材料的性能，证明即使将其放置八个月，材料依旧可以发挥其作用。另外，研究者改进了制备策略，使得涂层材料不局限于氨基环氧树脂。比如在非碱性的涂层材料之中，同时植入分别含有 DCF 分子与一级胺分子的胶囊，同样可发挥上述作用。 这种材料性能已经足够震撼，不过，研究者似乎还有更大的野心。他们希望在后续的研究中，使这种材料兼具“破损示警”与自动愈合功能。能否实现，让我们拭目以待。 参考文献： Li, W.; Matthews, C. C.; Yang, K.; Odarczenko, M. T.; White, S. R.; Sottos, N. R., Autonomous Indication of Mechanical Damage in Polymeric Coatings. Advanced Materials 2016, 28 (11), 2189-2194. 阅读原文
