物质科学：研究人员构想出了一种新颖独特的方法，使得金属在表面受损时可以自我修复。
Jun 10th 2010
对工程师来说悲哀的一面是，没有生命的物体还无法实现自我修复。但是在德国弗劳恩霍夫制造工程和自动化学会的Claudia dos Santos和斯图加特杜伊斯堡—艾森大学的Christian Mayer的共同研究下，无生命物体实现自我修复那一天的到来被拉近了一点。他们与同事研发出了一种能让受损金属自我愈合的方法。
许多金属物体的表面都覆盖着其他金属层来保护自己。例如，铁就通常会镀上锌。而这种新技术的基本构想就是在金属覆盖层中加入微小并且充满液体的胶囊。当金属的覆盖层受到扎刺或划损时，受损区域的胶囊将会破裂并渗出具有恢复性的液体—三价铬钝化化合物。这些液体将与周围金属原子发生反应，形成几个分子厚、坚固且具有保护性的膜，以修复表面的损害。
这种构想已经现世好几年了，但是由于过去所使用的胶囊太大，在实践中应用起来难度很大。金属表面的覆盖层厚度趋近于20微米（微米为一米的百万分之一），而过去用的胶囊跨度为10到15微米，这种跨度足以打乱覆盖层的结构，因此对金属造成的利大于弊。dos Santos 博士和Mayer博士想出来的诀窍就是如何创造跨度仅为过去的百分之几的胶囊。
如今研究人员创造的胶囊是通过把氰基丙烯酸正丁酯和携带具有愈合性质化合物的油类混合而制成的。氰基丙烯酸正丁酯是在超强力胶中发现的一种化学物质。这种混合物再跟稀释的盐酸混合，结果会产生一种乳状液， 其微滴直径在100到300纳米（纳米为一米的10亿分之一）之间。每个微滴都有一颗油核，周围包裹着一层薄薄的氰基丙烯酸正丁酯。为了稳定这些微滴，研究人员在胶状液中添加了磷酸盐，这就促使氰基丙烯酸正丁酯进行聚合反应转变成一种坚固的塑料。这种塑料就形成了胶囊的外壳。
然而，对于这组研究人员来说，最大的挑战并不是开始时胶囊的制造过程，而是在电解过程中如何稳定这些胶囊。尽管一般是通过液态锌蘸洗钢铁来镀锌，有时候也会用电解的方法，在电镀镍和铜时就通常使用电镀。在电镀过程中，不过，胶囊容易在使用的电解质液体中黏在一起，而且也会由于这一过程中通常出现的极酸性和极碱性而受到破坏。为了克服这些问题， dos Santos博士 和Mayer博士使用了一种特殊的去污剂，这种去污剂可以粘附在每个胶囊周围聚合氰基丙烯酸正丁酯的外壳上，阻止这些胶囊黏在一起，并保护它们免受电解液的破坏。
研究人员现在已经在电镀铜层，镍层和锌层上证实了这种技术，同时他们相信在未来的几年里将会普遍实现金属的自我修复技术。此外，他们所研发的纳米囊也可能应用到其他领域，比如硅系列油等润滑剂，可以使耗尽了油的滚珠轴承的受损表面更加光滑，避免过快摩擦。还可以在用于海洋环境的金属表面胶囊中植入防污化合物，以保护环境。而且，由于氰基丙烯酸正丁酯来自超强力胶水，当两种金属表面放在一起时，胶囊内含的化学物质能够反应生成粘合剂，这种新型胶囊的问世也将指日可待。
译者：Edwardie