20多年前，《終結者2》裡的T-1000機器人，給當時的觀眾留下了深刻印象，也勾起了不少科學家蠢蠢欲動的心——被子彈打出一個洞的身體，竟然能夠自我修復，甚至腦袋被折騰成兩半，也能合起來繼續用！這一幕不僅僅只是看上去很酷，要是能成為現實，那麼像汽車、生物材料、電器元件等的使用壽命，都將會大大延長。
據英國《每日郵報》在線版9月16日報導，西班牙的科學家聲稱已經開發出了世界上第一個自我修復的聚合物，可以自發重建，被稱為真實版「終結者」。
兩個小時內能癒合97%
《終結者2》中，在商場過道裡與T-800機器人狹路相逢的T-1000機器人，被前者用槍打出了數個大洞，癱在了地上，讓我們一度以為這個面無表情的殺人機器已死。然而下一個畫面，它胸口的數個大洞竟開始慢慢癒合，最後恢復如初。這是種多麼神奇的材料！雖然上述畫面只是科幻電影裡的橋段，但在現實中，科學家們確實開發出了一種能癒合的材料——新款「自愈熱固性彈性體」。這是由西班牙聖塞瓦斯蒂安電化學技術中心的科學家開發，與電影《終結者2》中登場的機器人創意非常相似，被西班牙研究人員稱為「終結者」。這項最新研究發表在皇家化學學會期刊《材料地平線》上，被譽為世界上第一種無需介入幹預，便能自身恢復的聚合物。
此前科學家們研製的自愈有機矽彈性體，需使用銀納米粒子作為交聯劑，十分昂貴，過程中也要施加外力。現在他們利用了十分普遍的聚合起始材料，以及簡單而廉價的方法進行開發。新產生的聚合物是首個無需催化劑、不進行幹預誘導就能自發、獨立癒合的材料。
在實驗中，研究人員將一段樣品材料切斷後再推回到一起，在兩個小時內，樣本的97%已告「痊癒」，看似完全融合在一起，在用手向兩端拉伸時其仍然牢固。該中心科學家阿萊特茲·雷科羅、羅伯特·馬丁等人表示，新材料的突破點是在室溫環境下，表現出了定量的自癒合效率，而不需要施以熱、光或外力等任何外部幹預。
研究人員指出，這種材料可以顯著延長汽車、房屋、生物材料，以及電器元件的使用壽命並提高安全性。而類似的聚合物已經在一些商業產品中得到應用。所以，這種新型聚合物具有很大的商業潛力，便於真正的商業應用，能夠非常容易、快速地發揮實用價值。
不過這個「終結者」只是實現在斷裂處的自我修復，與電影中「終結者」削掉半邊腦袋也能恢復如初相比，差距還是很明顯。
像耳機線一樣容易纏結
這種新型的聚合物其實是一種高分子材料，有熱塑性和熱固性之分。「熱塑性高分子材料比如我們常用來做杯子的聚丙烯，都是由重複的單元組成的長分子鏈。你可以把它看成一條很長的繩子，由於這條繩子很細小，你可以想像耳機線在口袋裡會變成一團亂麻。類似的很多這樣的聚合物分子鏈在一起，就像一團亂毛線。」常州大學分析測試中心、聚合物加工與流變測試平臺高分子材料碩士生張鑫解釋說，不同的溫度下，這些線運動劇烈程度不一樣，你可以想像耳機線裝在口袋，你在跑或者以一般速度走路，顯然跑更容易讓原本整理好的耳機線變亂。
不同的線結構在同樣的溫度下，運動速度也不一樣，有些在室溫下不運動，而有些是不斷劇烈運動的。我們可以想像一下，很細很軟的耳機線和比較粗的USB線放在口袋裡運動，同樣的運動強度和時間，兩種線打結數量肯定不一樣。
然後，我們在這類材料中間都切一刀，「於是中間的鏈全斷裂或者捲曲了，這時候再貼合在一起，裝到口袋裡跑步，跑完回來，這團線雖然平均長度變短了，但是混亂程度繼續增加，原本分開的線之間又有了新的纏結，想要再按剛才剪開的兩部分分開，顯然會遭遇阻力。」張鑫拿耳機線做比喻解釋。
「接著，讓我們進一步想像一下，口袋裡的耳機線變得非常多，口袋也變得非常大，而耳機線也變得更細更長，自愈材料重新熔合的原因就比較容易明白了。熱運動使斷面的分子鏈重新互穿，並建立纏結結構。」張鑫表示，這其實類似熔接塑料，但區別在於，自愈材料相比其他高分子材料，其分子鏈的運動能力更強，低溫下即可熔。
那問題來了，為什麼在常溫下是熔的狀態的材料，卻表現出固體的性質呢？「這就要看我們對固體的定義了，最嚴格意義上的固體是剛性狀態，但這個剛性肯定有一個相對程度。」張鑫解釋，一般晶狀固體性質結構比較穩定，不會隨時間推移發生改變，而非晶狀固體結構比較鬆散無規，內部保持堆積的作用力也不那麼強烈，會隨著時間推移發生一些改變。「例如瀝青，經典的瀝青滴落實驗中，瀝青這種通常認為常溫下是固體的東西，卻能在極長的時間累積下，表現出流體的滴落性質。而瀝青也是分子，有一定長度的一類物質，只是沒有那麼長。」
拉伸強度好比切斷的席夢思
但是為什麼看上去很軟的自愈材料，會在拉伸時有那麼高的強度呢？
還是回到上面的耳機線模型，一團耳機線在變成混亂結構後，雖然在宏觀上已經有了纏結，但是纏結是鬆散的，這些結並沒有收緊。「當你向兩端拉伸時，首先有一個節收緊的過程，這個過程之中，材料宏觀表現還是軟的。一旦所有的結都無法繼續收緊，這時候材料強度就會上升，這個專業術語叫應變硬化。當然除了纏結的原因，還有可能因為分子鏈取向引起的聚集態從無規變成有規，產生聚合物結晶，這種原因在耳機線模型中不能表現。」張鑫解釋。
熱固性材料再固化(也就是交聯)的性質，取決於相鄰兩個交聯點之間的平均距離。固化程度越高，交聯點之間的平均距離越小。張鑫說：「你可以想像席夢思床墊，這種床墊是由幾層鐵絲網相互編織成的。如果切開再將其拼合，拼合面只有很短的一個線頭能夠進入另外一面，這樣在拉的時候，這部分的強度，一定遠遠低於原本有編織連接的部分。」
「專業上，熱塑性指的是分子鏈之間相互獨立，沒有被大量的化學鍵連接成整體結構。從化學角度講，熱固性材料就是一整個網狀的大分子。而熱塑性材料是由很多線性或者支鏈型的分子，堆積組成的。」張鑫表示，化學交聯最常見的就是橡膠硫化，物理交聯一般會在一些熱塑性的彈性體中應用。這兩個效果不同，不太好類比，解釋起來比較費勁。簡單來說化學交聯一般一次結束，後期交聯點就不會再動了，而物理交聯的交聯點，一般可以在一些情況下打破並重建。」
「而根據網上給出的結構來看，它被稱為動態交聯，也就是一種可重建的物理交聯模式。這種材料是一種高度支化的尾部柔軟的結構，材料尾部的支鏈會在切面重新擴散，同時高支化點附近苯環帶來的大位阻，可以讓分子足夠鬆散。」張鑫覺得，這個設計還是挺有意思的。
●未來
國防方面可能應用較多
「如果只是自愈材料的話，不光是國外，國內研究的也不少。」浙江大學高分子科學與工程學系副教授沈烈表示，不過他們之前做的研究，大多都是要用到催化劑的。這個催化劑是事先就加在材料中的，因為劑量很小，所以不會對材料帶來影響。
沈烈副教授解釋，簡單地來說，當材料的表面被破壞時，催化劑會被釋放出來，和材料發生化學反應，生成一些物質，將兩個表面重新融合在一起，以達到自我修復的目的。當然，這修復後材料的強度等性能，不能比修復前差。
「說到用處，之前我們做過飛機材料方面的研究。我們都知道，材料用久了難免會出現裂縫等。雖然飛機日常都會進行檢查和維護，但不能保證每一個裂縫都能檢查到，或者在飛行的過程中，因為一些外力作用而產生的裂縫，這就比較危險了。而這類材料這時候就能發揮作用，自動將裂縫補好。」沈烈副教授認為，目前的話，在國防方面會應用得比較多。
而張鑫則更多考慮材料的老化性能。「一般認為，無外界幹擾的情況下，材料分子結構使用溫度下，運動越慢使用壽命越長。而玻璃化轉變溫度很低的材料，經過化學交聯或結晶限制分子鏈運動後，壽命也會大大提高。」但張鑫強調，使用中會有紫外線、外力作用等因素影響，所以具體問題還要具體分析。
「我覺得有一點要說明，像T-1000那樣的，目前還是有難度的。補一個大洞和補一條裂縫是完全不同的，前者要困難許多。我覺得很像我們的手指或者骨頭破了之後的癒合過程，不過電影把它的過程縮短了。」沈烈副教授表示。