因为White等人首次报道了聚合物系统中自我修复功能的演示gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba它已经成为一个不断发展的研究和技术开发领域，一系列不同的技术为聚合物材料增加了新的功能。2022世界杯八强水位分析本文概述了已开发的技术类别及其在涂层系统设计中的持续和/或潜在用途。2022世界杯八强水位分析gydF4y2Ba

聚合物材料的愈合研究可以追溯到20世纪70年代末和80年代初，当时Wool和O 'Connor广泛地研究了半晶聚合物、无定形玻璃状聚合物、块状共聚物、弹性体和纤维增强复合材料在低于玻璃转变温度50ºC (TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)高达100ºC。在这些研究中，聚合物中裂纹形式的损伤愈合通过加热到玻璃化转变温度以上来促进。gydF4y2Ba^{2 - 4gydF4y2Ba}后来，伍尔提供了一个描述愈合阶段的框架，gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba当应用于他早期的工作时，这意味着加热高于TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba提供能量(1)对向裂纹面上分子重排，(2)裂纹面相互靠近，(3)润湿，即对向裂纹面上聚合物链相互接触，(4)通过对向裂纹面上聚合物链所占据的离散体积扩散，(5)扩散到平衡距离和随机化。图1提供了这些阶段的示意图。从20世纪80年代末到90年代，研究人员开始使用溶剂，通过使聚合物膨胀来启动上述愈合阶段。gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba很明显，无论是通过加热还是溶剂的应用，聚合物材料内的流动性对于启动愈合反应至关重要。gydF4y2Ba

值得注意的是，虽然热和溶剂的应用为聚合物的愈合提供了突破性的见解，但这些努力仍然需要外部干预，而且愈合反应不是自主发生的。换句话说，这种愈合并不构成一种自我愈合的反应。在聚合物修复过程中，消除外部干预的第一个重要步骤来自White等人的工作，他们将双环戊二烯(DCPD)微胶囊化，并与Grubbs催化剂颗粒一起嵌入环氧树脂基质中。环氧树脂基体的损伤使胶囊破裂，将DCPD单体释放到损伤部位。一旦在损伤部位，单体与Grubbs催化剂反应，引发开环复分解聚合(ROMP)，恢复了基质的结构连续性。据报道，该材料的断裂韧性可恢复到原来的75%。gydF4y2Ba^1gydF4y2BaWhite等人的工作还对自修复的概念和准静态或动态失效模式下的自修复性能进行了有益的定义。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba

外在与内在功能设计gydF4y2Ba

自从使用ROMP化学方法在环氧树脂基质中展示了自修复功能以来，人们已经构思、开发和测试了一系列自修复概念。从设计的角度来看，这些概念可以分为外在概念和内在概念。在外部设计中，自修复功能被添加到材料中，作为聚合物基质中的独立分隔组件。愈合所需的流动性，如上面的愈合阶段所描述的，是通过从一个隔间(如微胶囊)中释放愈合剂配方来实现的，gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba或中空宿主材料，如中空纤维。gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba

外部自我修复功能设计的例子包括伊利诺伊大学香槟分校的研究人员设计的基于微胶囊的自我修复技术，2022世界杯八强水位分析gydF4y2Ba^{8 - 11gydF4y2Ba}以及自主材料公司开发的产品。gydF4y2Ba^{12、13gydF4y2Ba}

对于内在设计，自愈功能被设计到材料中，但与散装材料没有明显的区别。修复表现出内在自我修复功能的基质所需的移动性通常源于设计到材料中的化学功能和提供给材料系统的能量的组合。Burnworth等人报道的可愈合超分子聚合物是聚合物材料中固有愈合功能设计的一个例子。gydF4y2Ba^14gydF4y2Ba在他们的工作中，他们描述了一种金属超分子聚合物，可以通过暴露于光下进行修补。他们的设计包括非共价金属配体键，暴露在紫外线下会断开，允许聚合物内部的流动性，从而启动愈合过程。图2总结了外在和内在治疗功能设计之间的差异。gydF4y2Ba

自主治疗与非自主治疗gydF4y2Ba

在涂层设计方面，考虑到目标应用，对设计聚合物材料的愈合功能的方法进行分类可能更有用。涂料通常用于审美和保护目的的结合。因此，在设计新的涂层系统时，选择最相关的愈合技术应考虑涂层是用于审美或装饰目的，还是主要用于保护基2022世界杯八强水位分析材。在这种情况下，治疗功能更重要的特征不是它的设计方式，而是它的功能方式;治疗功能的功能大致可以分为自主愈合和非自主愈合。gydF4y2Ba

聚合物材料的自主愈合可以最好地定义为它们在没有任何外部干预的情况下通过表现出修复来应对损伤的能力。换句话说，除了利用物质系统环境中已经可用的东西，不需要额外的能量来启动治疗反应所必需的流动性。一些基于微胶囊的愈合基序已经证明了这种治疗方法的自主性质。其中包括White等人报道的基于romp的原始愈合系统，以及基于硅烷醇缩聚的化学反应，gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba氢化硅烷化,gydF4y2Ba^9gydF4y2Basolvent-induced愈合gydF4y2Ba^{10、11gydF4y2Ba}和异氰酸酯。gydF4y2Ba^16gydF4y2Ba在所有这些例子中，通过破坏嵌入在基质中的微胶囊，损伤启动了愈合所需的流动性，导致愈合剂被释放到损伤部位，在那里它与另一种反应物交联，也被释放到损伤部位，存在于基质中或存在于环境中。尽管它们也可以被设计成非自主的，但外部治疗功能代表了最有可能实现自主治疗的途径。这种将“自我修复”设计成材料的方法也代表了对其仿生灵感以及名称本身的最高忠实度。gydF4y2Ba

基材保护通常需要高性能的粘合剂。在金属衬底的保护方面尤其如此。此外，保护涂层用于大型金属资产，如风力涡轮机，海上石油和天然气平台，压载舱等。这些应用更有可能受益于将自主愈合功能整合到熟悉的和经过良好测试的树脂系统中，从而保持可靠的性能，同时表现出对损伤的增值自愈合反应。gydF4y2Ba

聚合物材料的非自主愈合的特点是需要额外的外部刺激超出什么是现成的材料系统的环境。例子包括Burnworth等人报道的金属超分子聚合物，前面讨论过。非自主愈合功能更适合于装饰应用，如设备和消费品上的涂层，由于它们的大小和使用方式，可以识别损伤，因此，启动愈合反应所需的外部刺激的应用更加实际。图3提供了通过保护或美容应用的自主和非自主愈合技术的样本分割。2022世界杯八强水位分析gydF4y2Ba

在防护涂料设计中的应用gydF4y2Ba

自我修复技术提供的价值主张在于，涂层受损后，无论是装饰性的还是保护性的，都能保持其功能。因此，当这些技术是自主的，不需要外部刺激时，它们的效用就会最2022世界杯八强水位分析大化，因为无论应用是什么，都不需要额外的努力或能量来识别损伤和刺激愈合反应。然而，受益最大的应用程序是那些在远程位置操作的应用程序，并且与维护和停机相关的人工成本很高。这些应用包括石油和天然气，基础设施和一般工业应用，在这些应用中，涂层可以保护结构金属免受腐蚀(图4)。在这些应用中，自修复功能可以阻止涂层/基底界面的损伤，保持涂层与基底的粘附性，从而在损伤后保护基底。在涂层损坏后，能够保持对资产的保护，使资产能够更长时间地使用，延长维护周期，最大限度地减少昂贵的停机时间。gydF4y2Ba

针对这些应用，Autonomic Materials, Inc.开发了许多用于保护涂层的自修复技术。2022世界杯八强水位分析例子包括用于富锌引物的微胶囊愈合剂，gydF4y2Ba^12gydF4y2Ba粉末涂料gydF4y2Ba^19gydF4y2Ba以及水性环氧涂料。gydF4y2Ba^20.gydF4y2Ba包括Chevron、Rust-Oleum和Autonomic Materials在内的团队还展示了一种用于海上应用的自修复溶剂型环氧底漆。gydF4y2Ba^21gydF4y2Ba这些技术也可2022世界杯八强水位分析以用于需要连接和基材保护能力的粘合剂和密封剂。gydF4y2Ba

装饰涂料设计中的应用gydF4y2Ba

装饰性涂料的自修复技术主要应用于非自主修复功能。这部分是因为目前还没有将a级表面美学与自主愈合功能结合起来的技术，因为基于微胶囊的促进自主愈2022世界杯八强水位分析合的技术通常会导致涂层的光泽度下降。使用新的非自主愈合化学物质将愈合功能设计到用于汽车和消费电子应用的透明涂层中(图5)，与这样的事实相一致，即这些物品上的损伤可以更容易地定位，并且可以更容易地应用启动愈合反应所需的外部刺激。日产和NEI都推出了旨在通过加热消除细微划痕的涂料。gydF4y2Ba^{22、23gydF4y2Ba}

前景gydF4y2Ba

从让关键资产在不中断的情况下保持较长时间的服务，到让我们的电子设备和车辆在受损后仍保持良好状态，自我修复技术带来的前景将使人们对它们的兴趣继续增长。2022世界杯八强水位分析根据n-tech Research进行的一项研究，到2022年，自我修复材料的市场预计将达到24亿美元，这就是这种兴趣的证据。gydF4y2Ba^24gydF4y2Ba随着早期采用者不断证明其在该领域的价值，我们可以预计这些技术将成为涂料配方师工具包中的固定装置。2022世界杯八强水位分析gydF4y2Ba

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