自修復(fù)材料可大致分為兩類：外源型（圖1a）和內(nèi)源型（圖1b）。當(dāng)分散的愈合劑（通常由聚合物基質(zhì)中的反應(yīng)性前驅(qū)物和催化劑組成）在損傷后釋放時，會發(fā)生外源型自修復(fù)。這些愈合劑可以通過自主聚合反應(yīng)和交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的重建來修復(fù)損傷區(qū)域。盡管這種方法非?？煽?，但它只允許材料有限次數(shù)愈合，而且通常不能在相同的位置重復(fù)愈合。相比之下，內(nèi)源型自修復(fù)材料不需要添加愈合劑，并且受損區(qū)域能夠通過聚合物基質(zhì)的重組重復(fù)愈合。此過程是通過動態(tài)共價鍵或非共價鍵的再生以及受損界面上聚合物鏈的纏繞重建了基體。
參考文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.10.026
斯坦福大學(xué)鮑哲南教授團(tuán)隊回顧了自修復(fù)電子材料的發(fā)展，并研究了這些材料如何用于制造自修復(fù)的電子設(shè)備。同時文中探討了自修復(fù)電子系統(tǒng)的潛在新功能，這些功能通常在傳統(tǒng)電子系統(tǒng)中是不可能實現(xiàn)的，并討論了為實際應(yīng)用提供自修復(fù)柔性電子系統(tǒng)的當(dāng)前挑戰(zhàn)。
圖3. 具有自修復(fù)功能的柔性電子設(shè)備。最近報道的基于出版年份和電子設(shè)備復(fù)雜性的自修復(fù)柔性電子設(shè)備。紅色指可自我修復(fù)的活性層；藍(lán)色指獨立的可自我修復(fù)的電子設(shè)備；紫色指多功能可自我修復(fù)的可拉伸系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)：
DOI: 10.1038/s41928-019-0235-0
受許多生物體的啟發(fā)，軟機(jī)器人幾乎完全由柔性軟材料制成，使其適合于不確定的動態(tài)任務(wù)環(huán)境中的應(yīng)用，包括人機(jī)交互。它們固有的柔韌性可以吸收沖擊并保護(hù)它們免受機(jī)械沖擊。但是，用于其構(gòu)造的軟材料極易受到損壞，例如在操作中不受控制和不可預(yù)測的環(huán)境中存在的尖銳物體所造成的割傷和穿孔。針對該問題，比利時布魯塞爾自由大學(xué)的Bram Vanderborght團(tuán)隊利用了材料的自愈性能，構(gòu)造了軟機(jī)器人自修復(fù)彈性體，開發(fā)出了可自我修復(fù)的軟氣動執(zhí)行器的三種應(yīng)用：軟夾持器，軟手和人造肌肉。該材料中熱可逆的共價網(wǎng)絡(luò)使其具有治愈微觀和宏觀損傷的能力，而且在損傷處，沒有弱點形成，并且執(zhí)行器的全部性能在愈合后幾乎完全恢復(fù)。
圖5. 軟氣動執(zhí)行器。（A和D）自修復(fù)軟氣動手。 （B）自修復(fù)軟氣動抓手。 （C）自修復(fù)等褶狀氣動人工肌肉。
當(dāng)前的自修復(fù)材料具有限制其實際應(yīng)用的缺點，例如低的治療強度（低于兆帕）和長的治療時間（小時）。 針對這個問題德國馬普研究所的Melik C. Demirel和來自美國賓州州立大學(xué)的Metin Sitti團(tuán)隊基于魷魚腕足吸盤中的環(huán)狀齒蛋白序列，通過蛋白質(zhì)工程技術(shù)，成功制備出了兼具高愈合后強度、超快愈合速度（愈合后強度達(dá)到2-23 MPa，愈合時間1s）和生物可降解的自愈合彈性體材料，并將這種材料用于制備氣動人工肌肉和柔性抓手。這種材料可以在一秒鐘內(nèi)通過局部加熱自我修復(fù)微觀和宏觀機(jī)械損傷。并且經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化，可以改善其氫鍵結(jié)合的納米結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，具有可編程的愈合特性，超過其他天然和合成軟材料的數(shù)量級。
圖 7. 蛋白鏈結(jié)構(gòu)及其高級折疊結(jié)構(gòu)。魷魚蛋白質(zhì)的分析，魷魚啟發(fā)的主序列的設(shè)計以及蛋白質(zhì)庫的生物合成，產(chǎn)生了基于蛋白質(zhì)的功能性自修復(fù)材料，適用于軟促動器和機(jī)器人應(yīng)用。b，天然Loligo vulgaris蛋白復(fù)合物和生物合成TRn4，TRn7，TRn11和TRn25多肽的蛋白大小。c，生物合成串聯(lián)重復(fù)多肽的納米結(jié)構(gòu)由通過柔性鏈（黃色）連接的β-片狀納米晶體網(wǎng)絡(luò)（藍(lán)色）組成，具有分子缺陷（懸空的末端和環(huán)）。d，由于優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，魷魚啟發(fā)的蛋白質(zhì)（在室溫下）的自愈特性比天然蛋白質(zhì)得到的改善。誤差線，標(biāo)準(zhǔn)偏差（n = 5）。
參考文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0736-2
電阻應(yīng)變傳感器具有出色的靈敏度和順應(yīng)性，因此在柔性和可拉伸電子產(chǎn)品的開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用。然而，由于固體導(dǎo)電層與聚合物之間的低粘合強度以及常規(guī)固體導(dǎo)電層內(nèi)部不可彌補的干摩擦，這種傳感器的耐用性較差。針對該問題，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所生物啟發(fā)智能界面科學(xué)實驗室田野團(tuán)隊受動物角膜淚膜的結(jié)構(gòu)和出色的耐磨性的啟發(fā)，設(shè)計了基于由改性聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的仿生微絨毛上形成的均勻自修復(fù)無磨損液態(tài)膜的超耐久應(yīng)變傳感器。將包含離子液體的乙醇溶液添加到PDMS微絨毛中，由于表面化學(xué)性質(zhì)和特殊結(jié)構(gòu)，該微絨毛具有超親液性。在蒸發(fā)過程中，離子液體通過壓力向上驅(qū)動，并形成連續(xù)的導(dǎo)電膜。作為傳感層，當(dāng)反復(fù)拉伸和釋放時，由于濕摩擦而使毛細(xì)管穩(wěn)定化的液膜無損，并且在釋放后，由于毛細(xì)管力引起的自我修復(fù)能力，裂縫將完全恢復(fù)，從而使應(yīng)變傳感器能夠具有超過22500個裝卸循環(huán)的高耐久性。這項工作提出了一種構(gòu)建超耐用電子產(chǎn)品的方法。
圖9. 基于液膜的超耐用應(yīng)變傳感器的制造。（a）液膜的形成過程。（b，c）分別具有和不具有離子液體膜的微絨毛的橫截面SEM圖像。插圖：頂視圖SEM圖像。（d）分析驅(qū)動力。（e，f）液膜頂部和底部的彎液面夾在微絨毛之間。
參考文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08911
皮膚和肌肉在受到損傷時會自動自我修復(fù)，而這一能力一直是科學(xué)家夢寐以求想賦予材料的一種特殊性能。然而，目前的可修復(fù)材料的大多數(shù)設(shè)計都需要外部能量才能愈合或者這些材料的機(jī)械強度較弱。動態(tài)超分子材料可以在一定程度上解決以上問題，它在室溫下無需外部條件便可以發(fā)生自我修復(fù)。但是，具有自修復(fù)性能的動態(tài)超分子材料往往不能適用于極端條件，原因在于：（i）當(dāng)可修復(fù)材料在水下受傷或破裂時，水分子會干擾動態(tài)鍵的重新連接，導(dǎo)致材料無法修復(fù)。（ii）在凍結(jié)條件下，可修復(fù)材料中鍵的動態(tài)特性遇到很大的障礙，從而極大地限制了自修復(fù)過程。（iii）一些自我修復(fù)的相互作用易受pH值變化的影響。針對以上問題，來自天津大學(xué)化工學(xué)院張雷教授團(tuán)隊，通過在聚二甲基硅氧烷聚合物中協(xié)同結(jié)合多強度氫鍵和二硫鍵交換，設(shè)計出一種具有普遍自愈性和高拉伸性的超分子彈性體。它可以在極端條件下實現(xiàn)快速的自主自修復(fù)，包括在室溫、超低溫（?40°C）、水下、過冷的高濃度鹽水（-10°C下30%NaCl溶液中）和強酸/堿環(huán)境（pH=0或14）。這些性質(zhì)歸因于動態(tài)強氫鍵和弱氫鍵與強二硫鍵的協(xié)同相互作用。
參考文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15949-8
柔性可拉伸電極在可穿戴電子領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著醫(yī)療器械的發(fā)展，人們對可拉伸電極材料的功能性要求也越來越高。如用于監(jiān)測生物電信號的電極材料不僅需要優(yōu)異的彈性和導(dǎo)電性，還需要和生物界面具有優(yōu)異的粘附性來保證信號的穩(wěn)定性。目前所采用的電極所采用的基體材料通常采用硅橡膠類彈性體，這類聚合物在具有高彈性的時候并不能具備粘附性。因此制備一種本身具有粘性的彈性體具有重要的意義。針對這一問題，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院張秋紅副教授、賈敘東教授課題組將帶有二羥基的多巴胺基團(tuán)引入到以聚四氫呋喃醚基聚氨酯體系中，利用體系內(nèi)的動態(tài)氫鍵和多巴胺間相互作用，制備了一種新型的“粘”彈體（斷裂形變5100%，斷裂強度1.9 MPa，粘附強度62 kPa）。
參考文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1002/adfm.202006432
圖13. 自修復(fù)性能測試。a）自我修復(fù)過程。b）拉伸前后自我修復(fù)的多氫鍵彈性體的照片。c）原始，第一，第二，第三和第四愈合的多氫鍵彈性體的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線和d）韌性。e）比較不同自修復(fù)聚合物彈性體的機(jī)械自修復(fù)效率。f）25和30 LBL循環(huán)的應(yīng)變傳感器的電氣自修復(fù)性能。g）電氣自我修復(fù)過程。h）帶有25個LBL循環(huán)的已修復(fù)傳感器的SEM圖像。
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