昨天早晨,我打碎了一个玻璃杯,划破了自己的手指,但是不用担心,伤口很快就愈合上不再流血,过不了几天,还会完好如初。
这没什么神奇,要知道,壁虎的尾巴断掉,还可以长出新的;而蝾螈甚至能在断肢后,由伤口处愈合并长出肉芽,逐渐恢复到原状。
海胆如果不小心扭伤脊椎,体内会产生一种由碳酸钙分子包裹着的黏胶状物质,填充到受伤处,逐渐结晶硬化,对脊椎进行修补,愈合能力完胜任何骨科大夫。
自愈合赋予了生物顽强的生命力,也引发了科学家们的兴趣:如何能让生活与生产中使用的材料“活”起来,像生物一样变得有“感觉”,有“反应”,能够应对外部环境的刺激,做出相应的自我调节?实现自我愈合与修复?
人类没有停止过对材料的探索
从新石器时代的第一片陶出现开始,人类一直没有停止过对新材料的探索,文明进步落实到具体的物质形态上,离不开材料的支撑。20世纪80年代,日本和美国科学家相继提出的智能材料概念,智能材料开始作为一个全新的分类进入科学家的视野,并逐渐发展成为一个重要的方向。
智能材料是指材料的性质能够随着外加激励的改变而改变。今天,科学家们把高科技的侍感器或敏感元件等与传统的材料结合在一起,使无生命的材料具有了“感觉”和“修复”能力。例如添加特殊愈合材料的混凝土,接触到水时自动生成石灰石,帮助墙体裂缝自动愈合,无需人工修复,建筑的寿命得以延长。应用在防护领域的智能材料,则能及时发现涂层厚度或空间内粒子浓度不达标等信息,根据变化产生新的反应进行修复,免除人工维护。
智能材料的惊人之处远不止于此,在不同领域的应用中,根据人们对材料的需求,还有更多强大的功能,比如自诊断、自预警、自学习、自适应、自愈合、自修复、预测、识别、传感、实时反馈、快速响应,等等。
传统材料的效益递减
传统材料的使用是一条递减的趋势线,在投入使用的初期,是材料的最佳状态,之后,由于外部刺激带来的损耗、材料自身的老化,以及由于环境发生变化,材料的功能无法满足新需求等原因,使得传统材料的效益一直递减,直至完全失效。
智能材料保持平稳效益
智能材料在投入使用后,会根据所处环境进行自我调节,达到一个完全适合环境的状态。之后再有新的变化,智能材料也会发挥自预警、自修复、自适应等性能,始终保持平稳的效益发挥,维持一个比传统材料更长的生命周期。
中电保力-北化工智能材料研究中心
优异的性能让智能材料受到各个领域的欢迎,智能材料时代已经到来,正在改变我们的生活。中电保力与北京化工大学联合成立“智能材料联合研究中心”(以下简称中心),依托北京化工大学-材料科学与工程学院科研与教育平台,双方联合办公,资源共享,致力于智能材料工艺研发、工程化和产品应用开发。
中心已成功研发了低模量高强度树脂弹性体、近A级阻燃树脂泡沫、电子树脂胶、可固化热塑性树脂、3D打印树脂材料、单双组份聚脲密封材料、热致形状记忆树脂、遇水膨胀树脂等多个功能化高性能化产品,智能材料已在铁科院、水科院、中石化、中石油等大型企事业单位实现产业化应用。