技术分享——自修复涂层技术

2016-07-04 17:03:28 作者：本网整理来源：China Convert 分享至：

自修复（Self-Healing）/自愈合，即源于医学和生物的自愈合能力，将其用于材料科学具有仿生的含义。Self-Reparing，即自修复涂料包含更广义的内涵，即涂层产生裂缝后能自动修复裂缝。

自修复涂料的原理有较多，如在聚合物基体中引入微胶囊形成愈合剂及引发剂，当有裂缝扩展时，嵌在其中的微胶囊被撕裂，愈合剂通过毛细管作用释放到受损区域，遇到催化剂，便会引发聚合反应，将裂缝处粘合修补好。

杂化有机－无机纳米组分可作为细胞壁来组装赋予自愈功能的微型管路，这些纳米组分是通过自组装表面活性胶囊的模板制备而成的，涂层一旦受损，损伤处便自发修复愈合。

东丽toray开发的自修复薄膜，是通过使用湿式涂布方法，形成一层具有自我修复功能的自我修复层，并且表面覆盖由PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）制成的薄膜，具备高粘度、弹性和缓冲特性。其中PET膜的厚度仅为125μm（微米），而自我修复层则只有几十微米，并且可以按照可以要求进一步压缩厚度。

640

自我修复涂层最大的优点就是修复速度快，在室温环境下，只要10秒甚至更少时间就可以让划痕消失，自我修复薄膜还拥有耐久性，在20,000次连续测试下没有问题。

自修复功能，除了以上提到的应用，日产曾经发布过一项叫做ScratchShield的涂层自我修复技术。被划伤后，涂有Scratch Shield的车辆划痕和涂有普通车漆的车辆划痕相比，少了5倍，详细见下图：

ScratchShield可修复细微的划痕，使将一天到一周之内的划痕恢复至接近其原始状态。

汽车车身上除了涂料之外，还会附有一层清漆，由此对涂料进行保护，Scratch Shield算是清漆的一种，只不过比普通清漆的防划能力更强，还具备自我修复的功能。

由于Scratch Shield是普通清漆与特殊高弹性树脂的结合，这就使得它增强了涂料本身的弹性，同时还可以通过提升树脂密度来提升涂料的抗划强度。而Scratch Shield的自我修复就是依靠清漆部分融入的高弹性树脂，当受到外力时，这一部分不会直接损坏，而是凭借柔韧性改变形状，然后在一定时间内慢慢恢复原状。

当然，如果划痕过深，伤到了清漆下面的底层油漆，那么Scratch Shield也无法进行自我修复。自动修复的时间长短取决于环境温度和划痕的深度。温度越高，划痕越浅，自动修复的速度也就越快。基本构造原理图如下

2013年10月，LG 发布GFlex手机，除了具有可弯曲的屏幕，其背面的“自愈”功能也是一大卖点。

2014年2月，美国专利商标局公布了一项苹果的专利申请，名为“防止导光板刮痕失真的体系和方法。”苹果的这项发明详述了使用自我修复和聚四氟乙烯涂层来保护刮花了的背光元件的可能性，从而避免苹果设备和Mac等显示屏呈现失真的情况。也可以理解成一种能自我修复的屏幕涂层。

他们基于苹果的专利背景提到，电子显示器通常出现在电子设备如电视，电脑，电话等。LCD像素是不会自己发光的。更准确地说，是背光元件从LCD后面发光。背光元件可能含有一个光源，一个导光板，并通过扩散器把光发放出去。扩散器把光传递到LCD。因为材料构成的关系，导光板和扩散器会相互黏住，所以两者之间必定有粘合剂和胎圈，这就能做出抗湿的功能。通常在震动可靠性测试或特定的真实环境使用情况下，胎圈会对导光板产生刮痕。当胎圈刮到背光板的时候，显示屏幕就会呈现失真的情况，例如出现白点。

在专利描述中，苹果还将这一技术和日本Natoco的自我修复技术进行了对比。Natoco的涂层是由高分子合金制成，其作用方式也和苹果所用涂层不同——这种涂层的表面非常光滑所以很难在上面产生划痕，并且还利用涂层的内部化学结构产生了弹簧床效应。

除此之外，还有各种不同的自修复技术与ScratchShield不同，Scratch Shield进行修复工作的是表层的涂层，而荷兰埃因霍芬理工大学则是通过最底层的涂层来进行修复。当表层的防水层受到损伤时，底层的活性成分会通过中间层疏导至表层进行修复。不仅能自修复，还具有防水性。

德国弗劳恩霍夫研究所的自动修复涂层技术原理是当涂层受到外部压力而破损时，其中充当黏合分子的微胶囊就会破裂，释放出黏合材料填补受损而形成的空隙，从而对伤痕进行修复，类似于橡胶树。当然，这种修复是不可重复的。

而美国斯坦福大学的这项技术重点在于氢键。氢键的特殊性容易打破或重组，采用此技术的涂层可以通过快速形成氢键，在室温下几分钟内自行修复划痕，而且可以重复多次进行修复。除此玄卦，这种材料还可以探测温度、压力的变化，因此最初用于假肢表面。但研究人员表示，这项技术的长期目标是解决电子设备的划痕烦恼，甚至用于人体局部植皮。