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僅需光與二氧化碳,材料就可以自我修復

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科技產業資訊室 - 王宣智 發表於 2018年11月14日

圖、僅需光與二氧化碳,材料就可以自我修復

目前提到的自我修復材料是一種模擬生物自我修復機制的智慧型材料,採用的自修復機制主要分為包埋型的修復機制與內修復法(Intrinsic)。包埋型的修復機制即是在原本的材料中,預先載入未來材料損傷時的修復材料,如微血管結構(vascular)之中空纖維修復及微膠囊(capsules)等,當材料受損時,通過載於建材的修復單元,復原損傷。內修復法則是利用系統中存在的可逆化學反應進行自我修復。
 
MIT 和加州大學研究團隊在 Advanced Materials 期刊發表了利用環境二氧化碳修復自身缺陷的仿生物材料。研究團隊直接讓材料具有生物的特性,可以從周遭的空氣中吸收二氧化碳,並將之轉換為以碳為基礎的結構,用於加強本體強度、修補損傷,就類似生物體的自我修復機制。
 
新式的自修復材料為類似果醬狀的物質,由胺丙基甲基丙烯酰胺(Aminopropyl Methacrylamide)、葡萄糖、葡萄糖氧化酶所組成,其內具有葉綠體(Chloroplast)。研究人員以光照射材料時,材料會與環境中的二氧化碳反應,吸收來自空氣中的碳,以強化材料本身,如延展材料的範圍或修復缺陷。材料在自我修復的過程不需要使用化石燃料或相關能量來源,僅需要陽光與葡萄糖即可實現自我增殖。
 
雖然已經有不少的研究開發模仿生物的有機能力的自我修復機制實現材料自我修復,但是這些材料都需要通過外部的輸入才能發揮作用,如加熱、機械應力等。本研究提出的自修復材料,不需要額外施加外部作用力,僅需要環境的光源就可以完成自我修復,為材料科學的重大突破。新的聚合物材料為混合了生物成份與有機材料,生物成份被視為一種催化劑,取自波菜葉(Spinach leaves)的葉綠體,主要在讓環境的二氧化碳與聚合物產生反應。但是,葉綠體離開植物後會變的十分不穩定,數小時後即會失去功能,因此研究人員也開發了延長葉綠素的催化生命周期的方法。新的自修復材料,目前的材料強度足不夠做為基礎設施的主要材料,但是能夠用於修補材料的裂縫,增加缺陷處的強度,也可用來保護塗層。
 
除了材料的研究外,研究團隊的成果也證明了一件事,二氧化碳對於人類來說不一定僅僅是一種負擔和成本,通過科技的突破,二氧化碳也是一種重要的資源。(808字;圖1)


參考資料:
New Polymer Material Uses Carbon Dioxide to SelfRepair. SciTechDaily2018/10/15
Polymethacrylamide and Carbon Composites that Grow, Strengthen, and Self‐Repair using Ambient Carbon Dioxide Fixation. Advanced Materials2018/10/9


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