改善空中交通安全的自愈材料

汽车和航空航天工业对可回收和可愈合复合材料的需求日益增长。该材料具有很大的机械强度，并应用于开发高级树脂，使飞机部件更耐用

自愈材料的灵感来自自然——在活着的物种中，伤口和割伤自然愈合的方式。对于结构材料，由于长时间的降解会产生微裂纹，从而导致材料失效。因此，传统的热固性材料在使用过程中容易发生断裂或损坏后失效，导致其安全性和使用寿命急剧下降。可回收和可愈合的热固性聚合物材料的探索需求量很大，因为它不仅可以克服与损伤诊断相关的困难，而且还包括恢复(随后)回收材料功能的适当干预措施。通过各种方法，如基于胶囊的共价体系，已经设计了不同的概念来生成能够自主修复或通过外部刺激(如热、光或压力)修复的材料，其中催化剂成本、稳定性和加工仍然是一个挑战。

由科学与工程研究委员会(SERB)资助的一个项目，旨在研究用于航空航天应用的纤维增强自修复复合材料的开发，其中由应力引起的小裂缝应该能够在低温下“修复”。为了适应工业重要性，在不牺牲键交换能力的情况下提高机械强度仍然限制了它们的实际应用，然而，这些限制可以通过开发纤维增强自愈合复合材料来克服。这是为了确保空中交通更加安全，并使飞机部件更加耐用。

为了制备这种自修复复合材料，研究人员采用了两种不同的策略。第一种方法是利用聚合物，聚合物的分子链在材料出现裂缝后自动相互关联，而这一过程无需外界的机械干预或温度升高。然而，对于飞机部件，这种反应也必须在较低的温度下进行，以便在飞行过程中即使是轻微的损坏也能得到补救。第二个概念涉及玻璃体(一种表现出机械性能/耐久性等热固性聚合物和可延展性/可加工性等热塑性塑料的材料)。换句话说，玻璃聚体结合了热固性和热塑性聚合物的优点。由于玻璃聚体具有缔合动态共价自适应网络，可以快速地重整其裂解键而不会失败。玻璃聚体的结合动态共价自适应网络交换行为允许其在大多数执行材料中的再加工/回收。考虑到基于热固性聚合物的产品中有大量不可回收的废物，玻璃体概念的潜力非常有吸引力，它满足了最近不断增长的制造高效可回收聚合物的需求，以及减少二氧化碳排放和石油资源消耗的需求。

考虑到对具有巨大机械强度的可回收和可愈合复合材料的需求日益增长，特别是对汽车和航空航天工业中高级树脂的未来发展，上述策略的组合是有价值的。

(作者为UPES工程学院应用科学集群高级副教授)