人類可以發明出自我修復的塑膠嗎，如果已經老化的塑膠可以自我修復那個多好。最近，這方面取得了進展。科學家已經開發出一種新的塑膠，可以修復內部的“疲勞”。這種塑膠它在自我修復中會需要一些氧氣，比較有意思的是，一旦這種塑膠修復完成，它隨即還會產生一些“排洩物”。據說這種新塑膠已用於特定產品。

到目前為止，我們日常生活中使用的塑膠容易老化，產品壽命短。抗老化材料的製造一直是科學家們追求的目標。就塑膠而言，儘管已經做了許多改進，但目前使用的塑膠壽命最多為10年。研究者們相信，假如塑膠材料的自我修復功能一旦成功，它也許可以對未來的材料產生比較深遠的影響。

塑膠強度的秘密

世界塑膠可分為三大類：通用塑膠、工程塑膠和超級工程塑膠。一般塑膠包括聚苯乙烯、聚乙烯和氯乙烯，用於製造日用品，使用壽命為5~6年。工程塑膠包括聚碳酸酯、聚醯胺和聚甲醛，通常用於製造汽車零部件、電氣和電子產品，價格一般高於普通塑膠，使用壽命約10年。超級工程塑膠僅用於特殊環境。它們主要用於航空航天產品。它們價格昂貴，使用壽命長達100年。

我們一般使用的普通塑膠為什麼壽命比較短呢？那是因為普通塑膠內部會產生“疲勞現象”那麼，“疲勞”是如何發生的呢？

塑膠是由碳、氫和氧組成的纖維聚合物。這種聚合物的纖維複雜地複合在一起，這是塑膠作為固體的強度。在普通塑膠中，每種纖維大約在7個位置進行復合，以確保塑膠的安全強度。

塑膠的老化是由纖維切割引起的，纖維切割是由太陽紫外線或人們在使用過程中施加的外力引起的。假設七根纖維在中間斷裂，一根纖維變成兩根纖維。這種反應過程稱為塑膠的老化。

你可能會有這樣的經歷：暴露在陽光下的塑膠桶裝滿了水。就在你想提起它的時候，你只聽到嘎嘎聲，把手被塑膠桶打碎了。這種情況可以說是每根纖維都已斷裂多次。通常情況下，隨著使用時間的延長，塑膠會變得更嚴重。因此，一些紫外線吸收劑被新增到正在加工的產品中以抑制老化，或者產品塗有油以抵抗老化。儘管如此，老齡化仍在繼續。

科學家開發的“自愈性塑膠”能夠自動連線斷開的聚合物，以消除老化。其實呢，這並不意味著這種塑膠的壽命超長，但是它和普通的塑膠相比，其老化的速度相當的慢，使用的壽命也會明顯增長。

橡皮膏與修補劑

早在1997年，材料科學家們首次研發了一種“自愈塑膠”，這種材料叫做“聚苯醚”。成功的關鍵是開發用於急救的“軟膏”和用於傷口治療的“修復劑”。修理的原理很簡單。首先，假設在一些外部因素的作用下，負責分子結合的電子交錯排列，導致聚合物被切斷，自由電子出現，並開始老化。因此，預先放置的修復劑接近這個自由電子。在這種材料中，銅元素則起著“修復劑”的作用。起初，銅以2價態存在（缺少2個電子）。當它從斷開的部分得到一個電子時，它變成了一價。簡單的來說，透過這樣的氧化又還原的反應，那些中斷的部分就會恢復到原始的狀態。在這個時候，氫作為“石膏”是很重要的。為了提供氫氣，使聚苯醚具有自愈能力，提前在聚苯醚中設定了“氫氣供應商”。當斷裂發生時，請進入斷開部分產生的自由電子進行鍵合。

如果不對供氫劑進行緊急處理，聚苯醚聚合物中可能會出現“以牙還牙”的現象，因此到處都會產生自由電子鏈，這可能會造成材料的“傷痕”。

自我修復不可缺

自愈已經結束，但反應仍在繼續。電子變成一價銅，並在大氣中繼續與氧氣氧化。此時，氧得到一個電子，銅返回到價態2，並再次獲得充當“修復劑”的能力。此外，由反應產生的氧單體和“軟膏”的氫離子的組合產生的水作為廢物“排出”。每克聚苯醚修復產生的水量為幾百微克。這種修復“應變”系統的定期迴圈對於自我修復是必不可少的。

科學家們還成功地為聚碳酸酯和其他材料構建了自愈系統。這個“聚碳酸酯”它的修補劑是“碳酸鈉”。這時，它是石碳酸（苯酚）的排洩物，而且氣味很難聞。排洩物的出現是材料修復過程中非常有趣的事情。事實上，它不能透過改善而排洩。例如，在聚碳酸酯材料中新增充當垃圾桶的物質。具體來說，如果新增鹼性微矽膠，則碳酸將被矽膠吸附，垃圾不會釋放。然而，反應產生的物質已成為另一個問題，研究仍在進行中。目前，科學家們正全力以赴地建造其他塑膠的修復系統。

或許誕生一門全新學科

現在我們知道，上述材料的自癒合是透過催化劑（如銅）在受傷部位的作用完成的，但塑膠是固體。像銅這樣的原子或分子真的能流到斷裂處嗎？許多研究人員認為，催化劑不能流向固體中的斷開部分，但一些專家認為，催化劑存在於5~10nm區域會導致自愈反應。

對於一些化學的反應條件，大多數的人都認為它只能溶於水或者變成氣態，這一常識阻礙了對自愈反應的理解。其實，“材料的自我修復”引起的化學反應和一般的化學反應不太一樣，也許這是一個新的科學領域，需要進一步的理論研究。

此外，在這項研究中，科學家還發現，自愈反應優先發生在最老化的部位。一旦聚合物的斷裂部分增加，就會引起更多的修復反應。因此，應優先修復嚴重老化的零件。因此，專家們開始將研究方向轉向延長塑膠的使用壽命。

自2000年以來，日本約有10家企業推出了以自愈塑膠為原料的產品。這些產品主要是電化學產品，因為這些產品經常暴露在光線下，容易老化。此外，使用自愈塑膠後，汽車零部件的使用壽命顯著延長。

自我修復延伸壽命

科學家預測，在未來，不僅塑膠，而且包括金片和陶瓷在內的所有人造材料都可能具有自我修復能力，並能獨立處理老化問題。在材料研究中，所謂的“自愈”概念以前就存在過，但我們從未見過真正的物體。科學家們創造了一個真實的物體來證明“自愈”是可能的。因此，科學家們對各種材料的自我修復進行研究。如果每天使用自愈材料，或許很快，自愈將被用作產品的標準，因為產品的使用壽命顯著延長，產品的可靠性和效能得到提高。

今天地球上的資源日益減少，有效使用“自愈材料”這樣就可以有效的延長商品的壽命，在另外的方面，這樣也可以解決比較嚴重的環境。