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近日，韩国化学技术研究所（以下简称KRICT）团队研发出一种透明保护涂层材料，当暴露在阳光下30分钟后，该材料能够“自愈”。
该团队认为，汽车涂层的耐久性决定了汽车表面的使用寿命。此外，防护涂层材料应该是无色透明的，以显现汽车表面的原始颜色。然而，满足以上两个条件的材料的自愈功能并未达到使用标准。材料中的自由分子运动是较高自愈效率的微观原因，但自由分子的运动意味着稳定性较差、耐久性较差，而硬度高、耐久性好的材料自愈性较差。
新研发的透明涂层材料稳定性好，并且自愈能力强，表现出与商业防护涂层材料相似的性能，在1000-1100 nm波长范围内的阳光，尤其是近红外（NIR）光就可以实现自愈。
此外，该团队称，使用这种自我修复的保护材料，在阳光中，表面划痕可以在30分钟内愈合。为了证明新型涂层材料的自愈性能，该团队使用喷涂机覆盖了一个实验室比例模型汽车，当模型车暴露在正午阳光下约30分钟，划痕完全消失，涂层材料的表面恢复。
当阳光被开发的材料吸收时，光能转化为热能，表面温度上升。随后，表面温度的升高解离并重组复合聚合物结构，宏观表现为表面划痕的自愈。
图1 模型汽车的表面在用方放大镜聚焦阳光以及自然光下，表面划痕的前后对比图。（图片来源：KRICT）
该团队设计了一种基于丙烯酸多元醇和动态受阻尿素键的可逆聚合物网络作为自愈汽车清漆，并引入了N-丁基取代的硼酸二胺染料作为光热染料。增加的动态化学键（受阻尿素结构）可以重复聚合物结构的分解和重组。该团队将其与透明的光热染料混合，暴露于阳光后，激发动态化学键。
此外，该团队考虑了能够吸收近红外光的透明有机光热染料。近红外光仅占正午阳光的10%，进而避免车辆表面温度的过热。该有机光热染料具有以下商业化优势：本征的无色不影响产品颜色；易溶于清漆；成本低廉。
在不久的将来，这种新型自我修复材料可用作交通应用、智能手机和电脑灯电子设备以及建筑材料的涂层材料。此外，通过减少有害有机溶剂的使用（这些溶剂在车辆重复刷漆时大量产生），有望有助于实验碳中和。
传统光热燃料的研究主要基于无机材料，而涂层材料要求是无色透明的，这些材料很难在工业上应用。此外，无机材料需要大量光能才能产生光热效应。因此，有环境友好的机无色涂层材料具有广阔的应用前景。
以上工作已发表在期刊《ACS Applied Polymer Materials》上。
新闻链接：
https://www.photonics.com/Articles/Durable_Coating_Self-Heals_in_30_Minutes_Upon/a68300
[1] Son D H, Bae H E, Bae M J, et al. Fast, Localized, and Low-Energy Consumption Self-Healing of Automotive Clearcoats Using a Photothermal Effect Triggered by NIR Radiation[J]. ACS Applied Polymer Materials, 2022, 4(5): 3802-3810.
