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• 自癒高分子材料是指受到外力、遭受損害或出現裂縫時，能夠自我修復免於災難性破損的特殊材料。
• 它的修復原理有物理性的聚合物內部分子鏈擴散；化學方面則以共價鍵結合、自由基反應或超分子結構性的動態化學鍵結等。
• 這類材料可應用於航太科技等嚴峻環境中，也能添加在建築材料的混凝土內，避免混凝土破損。

 
大部分人在買手機時，總是會順便買個保護貼和防撞殼。一方面可以保護手機在摔飛的時候不變成廢鐵，另一方面也防止日常使用時被磨損、刮花。但如果手機能夠自動修復表面被稍微刮到的小紋路，搞不好使用裸機的人會變多，原本手機設計的精緻外型就能重見天日。
 

可以自我修復的自癒高分子

能做到這種程度的材料，大概就屬自癒高分子了。這是指能夠在材料一開始受到外力、遭受損害或出現裂縫時，能夠自動進行修復反應，不會導致災難性破損發生的特殊材料。當環境造成的細微損傷難以被監測時，長期的微小破損就可能導致器械完全失去效用，因此使用自癒性高分子的材料就能夠長時間避免各種巨觀或微觀上的損害。也因為這種會自動修復的特性，使得自癒高分子能夠被應用在非常多的領域。
 
像是用來蓋建築物使用的混凝土，因為風吹、日曬、雨淋加上建築物本身的搖晃震動，隨時都可能產生各種細微的裂縫，加上建築物本身的高度和重量壓力，將使建築物壽命更快地減少。由於這種裂縫無法常常檢查，因此更依賴自癒高分子來減緩損傷。
 
在醫學材料的應用領域上，如果植入體內的物質變形或過度使用，可能導致該物質損壞而喪失機能。因此植入體內的東西當然希望做一次就好，而不要常常更換，自癒高分子的應用就能有效地保持這些植入材質的壽命。此外，在塗料或表面材質的刮傷和裂紋也都很容易造成外觀受損，特別是高分子材料因為輕量化、高填充率、低成本等特性而被大量使用在太空研究領域上。
 

自癒高分子的修復方式

自癒高分子的概念起源於1950年代，當時在焊接加工時開始利用分子擴散的方式，讓高分子具有自我修復的能力。在這之後，關於自癒高分子的研究逐漸展開。高分子的自我修復主要分成五個階段 ：
 
1.高分子的聚合鏈會在破損區的表面上重新排列。
2.讓損壞的表面距離靠近，使得表面可以互相接觸。
3.破損位置的接觸面間必須濕潤才能融合。
4.用來修復的分子在一定的區域範圍內擴散，這個區域的範圍不大。
5.透過擴散重新排列修復材料。
 
自我修復的方式可以透過物理性或化學性的方式完成。物理性修復包含聚合物內部分子鏈擴散、相分離（phase separate）、形狀記憶等種類；化學性修復則是以共價鍵結合、自由基進行反應，或透過超分子結構性的動態化學鍵結等方式進行修復。最理想的自我修復機制則是將物理與化學特性結合，例如透過凡得瓦力（van der Waals force）的相互作用來重組分子鏈，或是設計微胞（micelle）、輸送網絡系統讓反應開始等方式。
 

自癒高分子修復的過程

高分子的自我修復過程包含觸發反應、修復物質傳輸、分子鏈重組修復。當出現破損時，材料需要對損壞的區域立刻進行反應，讓可修復的物質傳送到損壞的區域，然後再透過化學反應機制修復損傷。
 
在以各種化學作用力為基礎的自我修復中，大致可以區分成自行驅動和非自行驅動兩種。自行驅動主要是依賴微胞系統或是微管網路；非自行驅動則利用光、熱、電能，或是機械性質的改變來驅動自我修復機制。非自行驅動的修復機制包含了各種共價鍵的生成，例如狄耳士－阿爾德反應 （Diels-Alder reaction）、尿素（urea）、亞胺 （imine）、自由基反應等，以及非共價作用力中的氫鍵、配位鍵或是主客化學中的分子作用力。一般來說，這些反應機制較不需要催化劑或是極端的反應條件，而是靠溫度、酸鹼值、光照或壓力改變來驅動，因此驅動的因素會影響這種高分子材料的適用性。例如聚丙烯酸脂（acrylate）或聚酯類（polyester）的熱塑型高分子材料等，就比較適合以熱驅動自我修復的機制，不過在修復時還是會降低這種高分子材料的強度。……【更多內容請閱讀科學月刊第648期】