一项新的研究在塑料开发领域取得了突破性进展，研究人员开发出一种在破裂或碎裂后能够实现自我修复的塑料。由伯恩茅斯大学领导的研究小组在其塑料样品中添加了一种专门研发的纳米材料，使得这些塑料在受损后能够自行修复，并几乎完全保留其原有的强度。这些研究发现有望为各种可持续产品以及减少塑料废弃物开辟新的前景。

 

　　“我们遵循了与大自然相同的修复过程——正如你的手指割伤后，血液最初会凝结以覆盖伤口，直至皮肤组织将其完全愈合，这正是我们对塑料所做的工作，”领导这项研究的伯恩茅斯大学高级材料学副教授爱·阿卜杜勒卡德尔博士解释道。“我们日常生活中的绝大多数物品都含有塑料成分，这项技术有望显著延长一系列产品的使用寿命，并有效减少浪费，其应用范围十分广泛，从可重复使用的饮料瓶到手机，乃至各种塑料管道，均可从中受益。”

 

　　爱·阿卜杜勒卡德尔博士及其研究团队采用了一种名为MXene的纳米片材料。这种材料从肉眼观察呈粉末状，在工业领域中常被用作增强塑料性能的增强剂。在将其添加到塑料基质中之前，研究人员先将特定的化学物质附着在MXene纳米片上，从而制备出一种具有类似胶水特性的修复剂。

 

　　这种修复剂通常以凝胶状的休眠状态存在，只有当周围的塑料发生破裂并暴露在空气中的湿度中时，才会活化并将断裂的部分重新粘合在一起。“将MXene纳米片与我们研发的修复剂结合使用，意味着我们可以获得强度更高、更不容易破裂的塑料。而且，即便发生破裂，它也能自行修复。整个修复过程仅需几分钟，我们成功地使塑料恢复到其原有强度的96%，”该项目的首席科学家奇拉格·拉特瓦尼博士介绍道。他参与该项目时正在伯恩茅斯大学攻读博士学位。

 

　　基于这项自我修复功能，波士顿大学的研究人员目前正致力于相关研究，旨在设计出能够通过自我修复来延长使用寿命的新型设备。“我们已经对此进行了相关测试，并设计出了一种用于检测人体运动的新型传感器。这些传感器即使在受到损坏后也能实现自我修复。这一概念无疑为新一代电子产品的开发铺平了道路，这些电子产品将无需维护或只需极少的维护，从而拥有更长的使用寿命，”爱·阿卜杜勒卡德尔博士解释道。

 

　　在此之前，东京大学的研究人员也曾开发出一种创新型塑料。这种塑料相较于目前的标准塑料而言，不仅更加坚固，而且更具弹性，同时还具备热修复、形状记忆以及部分生物降解等特性。他们通过将分子聚轮烷添加到一种塑料环氧树脂玻璃体中，成功制备出了这种新型塑料。

 

　　这种名为VPR的材料在低温环境下能够保持其既定形状，并展现出极强的内部化学键结合力。然而，一旦温度超过150摄氏度，这些化学键便会重新结合，从而使材料能够重新塑造成不同的形状。通过加热并使用溶剂，可以将 VPR 分解还原为其原始成分。将其浸泡在海水中30天，还会使其发生25%的生物降解，分解后的聚轮烷则会成为海洋生物的食物来源。这种新型材料有望在更具循环性的经济模式中得到广泛应用，从而实现资源的循环利用并有效减少浪费，其应用领域涵盖了从工程制造到医药以及可持续时尚等诸多方面。

 

　　尽管全球范围内都在积极开展减少塑料使用和浪费的行动，但这种无处不在的材料仍然难以完全避免。从玩具和服装、家居用品和电子产品，再到车辆和基础设施，如今，塑料的身影几乎遍布我们生活的方方面面。诚然，塑料具有诸多实用性，但其生命周期和处置方式也存在诸多亟待解决的问题。因此，开发使用寿命更长、更易于重复使用和回收，或由环保材料制成的替代品，对于帮助解决这些问题以及实现联合国可持续发展目标而言，至关重要。

 

　　考虑到上述情况，东京大学的研究人员基于环氧树脂玻璃化聚合物，成功研发出了一种更具可持续性的新型塑料。玻璃化聚合物是一种相对较新的塑料类型，其在较低温度下呈固态且坚固（例如用于制造耐热餐具的热固性塑料），但同时也可以在较高温度下进行多次重塑（例如用于制造塑料瓶的热塑性塑料）。然而，此类材料通常较为脆性，在断裂前无法承受较大的拉伸。通过添加一种名为聚轮烷的分子，该研究团队成功创造出了一种性能显著改进的升级版本，并将其命名为VPR（即玻璃化聚合物与聚轮烷的结合）。

 

　　经测试表明，VPR的抗断裂性能是典型环氧树脂玻璃体的五倍以上，其自我修复速度更是典型玻璃体的15倍之多，恢复其原始记忆形状的速度也达到了典型玻璃体的两倍，而化学回收速度更是高达典型玻璃体的10倍。更值得一提的是，它甚至还可以在海洋环境中安全地进行生物降解，这对于此类材料而言，无疑是一项全新的突破。

 

　　聚轮烷因其能够增强各种材料的韧性而受到了科学界和工业界的广泛关注。在这项研究中，VPR的韧性得到了显著提升，这意味着即使在低温环境下，也能够制造并保持更为复杂的形状。相较于不含聚轮烷的玻璃态聚合物，VPR的处置或回收过程也更为便捷。尽管该树脂在室温下不溶于多种溶剂，但当浸入特定的溶剂并进行加热后，便可轻易地将其分解至原材料的初始状态。此外，在暴露于海水30天后，VPR的生物降解率可达到25%。相比之下，不含聚轮烷的玻璃态聚合物则未发生任何明显的生物降解现象。上述种种特性使得VPR成为了当今社会迫切需求的资源回收的理想材料。

 

　　展望未来，该研究团队预见VPR将在诸多领域展现出极具实用性和趣味性的应用前景，涵盖从工程建设到时尚产业，从机器人技术到医疗医药等各个方面。举例而言，道路和桥梁等基础设施的常用材料通常是由环氧树脂与混凝土和碳等化合物混合而成。

 

　　倘若采用VPR，这些材料的维护工作将变得更为轻松便捷，因为它们不仅会更加坚固耐用，而且还可通过加热进行自我修复。与传统的环氧树脂不同，这种新型材料既坚硬又具有一定的拉伸性，因此，它也能够牢固地粘合硬度和延展性各异的多种材料，例如汽车制造领域所需的各种材料。不仅如此，得益于其独特的形状记忆、形状编辑和形状恢复功能，人们或许在不久的将来便能够在家中使用吹风机或蒸汽熨斗等工具，轻松地重新整理自己心爱衣物的廓形。