随着经济发展，高分子材料因轻便、耐用等优势在工业建设领域有着越来越广泛的应用。但是高分子材料在加工或者长期使用中，不免受到外界损伤，高分子材料的内部或者表面会产生裂纹，这些裂纹会成为影响材料尺寸稳定性的潜在因素，如果得不到有效修复，裂纹扩展必定导致力学性能下降，材料使用寿命缩短，并且增加安全隐患。所以，若高分子材料具备自我修复的能力，那么高分子材料存在的这些微裂缝问题就能够极大程度避免，能极大地增加材料的使用寿命。

高分子材料如何自修复？

自修复机理来源于生物体具有的自动感知、自动响应和自愈合损伤的特性，但是目前存合成高分子材料中完全模拟并实现生物体自修复功能是不现实的。目前研究工作大多集中在利用复合材料技术将感知元件和修复元件以胶囊或空心纤维的形式埋置在高分子基体中，制得具有一定自修复功能的高分子复合材料。还有就是通过向体系提供能量，使材料本身发生共价或非共价作用实现自修复。

1、微胶囊体系自修复

微胶囊体系自修复材料是第一代自修复高分子材料，其修复机制是通过在聚合物基体中埋置修复剂微胶囊或含修复剂的液芯纤维，当聚合物基体受外力影响而形成裂纹时，会引起微胶囊或液芯纤维的破裂而释放修复剂热固性树脂和固化剂，借助于热同性树脂修复剂的固化交联反应将裂纹“焊接”起来。该方法最主要的问题是胶囊需要做到足够小，以至于其能进入断裂处，这就限制了其能恢复的断裂处。另外一个问题是，该胶囊只能愈合伤口一次，如果材料再次发生断裂，则其不能再发生作用。

英国《每日邮报》网站6月9日发表题为《飞机可能很快将拥有“自愈”机翼：突破性材料可像血液一样凝固，帮助翼面进行自我修复》的报道，报道中所提及的自愈材料就是将空心的微球体加入碳纤维复合材料中，这些材料受到撞击时会破裂，释放出一种液体修复剂，这种修复剂会渗入破损的裂缝中，从而修复损伤。

2、微血管自修复体系

人体有一个非常神奇的血管系统，它可以运送血液和氧气，以运送能量以及进行修复。当损伤发生时，我们的血液系统仅仅需要运送额外的资源到需要的地方就可以了。科学家发明的微血管自愈合材料具有相同的工作原理。一些材料具有非常细小的血管，可以运送愈合材料。

当聚合物内部某处出现裂纹时，会将周围的空心纤维切断，预先灌注在空心纤维中的液体修复剂在毛细作用下流出汇集在裂纹处，液体修复剂固化后将裂纹修补好。当裂纹较大，周围空心纤维中修复剂不足时，远处的修复剂会借助于相互贯通的孔道补充到裂纹处；当修补好的裂纹处再次出现裂纹时，仍然可以进行一定程度的修复。

以DCPD作为修复试剂装载在微血管中，在一维条状网络中，样品能实现7次耗尽、补充、再耗尽的修复循环。Sottos等发展的二组分微血管网络体系，将自修复过程的循环次数提高到了16次。2009年，Lewis等使用直写组装印刷技术成功构筑了二维的纵横交叉网络，自修复的循环次数由此达到了30次。但是此方法修复速度较慢，由此产生的问题是如果断裂的速度比愈合的速度快，那么这种愈合方式则没有实际效果；但是如果断裂发生的时间特别长，那么这种方式则是非常好的选择。

3、形状记忆高分子材料自修复体系

形状记忆高分子材料在加热等能量作用下会恢复到记忆形状，所以在材料中添加类似光纤电缆等材料。当材料断裂时，光纤管道也会相应发生断裂，将激光和热能运送到断裂点，从而修复损伤。或许你会说光线的引入会是材料变得更脆弱，事实上它们能使材料得到加强。

4、基于可逆共价键的自修复

如果高分子中某些共价键在施加一定外界刺激(如光照、加热等)时可以断裂，而撤销外界刺激后义可恢复成键，这样高分子便具有了内在的自修复裂纹的能力：损伤发生时，施加光照、加热或电压等促使损伤处的高分子链断裂成单体或预聚态，从而使损伤裂纹两侧分子具有足够的扩散活动性耐缠结在一起；撤销光照或加热等外界条件，断裂的高分子链重新聚合起来。归纳起来可以利用的可逆共价键体系有：①基于Diels-Alder[4+2]环加成可逆反应，如马来酰业胺一呋喃基高分子、环戊二烯基高分子等；②基于光二聚[2+2]电环化可逆反应，如含古马隆高分子，含蒽高分子等；③基于Redox可逆氧化还原反应。如含硫醇高分子体系；④基于自由基交换反应，如含N-O键高分子。

5、超分子相互作用

由非共价键构筑的超分子体系具有一定的可逆性，可以利用其作为自修复机制。目前已研究的基于非共价键的自修复高分子材料主要有：①利用氢键的高分子体系；②基于金属配体配位的高分子；③主客体高分子；④离子聚合物；⑤可逆共价键一可逆非共价键复合体系。

当聚合物链上具有多个可以形成氢键的基团时，在一定条件下会聚集成可逆交联态的超分子结构。高分子链上的氢键易于在低温下形成．而在升高温度时氢键会断裂，这样可以用来愈合高分子内的微裂纹。利用金属配位反应是构筑可逆超分子聚合物体系的常见方法。

6、活性聚合导致的自修复

活性聚备物具有可以控制的再聚合活性，在一定条件下处于休眠状态，而在外界条件改变时会再次启动聚合反应，因此作为高分子自修复机制，活性自由基聚合物是很适合的。分子水平的修复过程是由高分子自由基的扩散速率控制的(即决定于聚合物的玻璃化转变温度；只有在玻璃化温度以上，自修复过程才具有较高的效率。活性聚合物自修复体系不需外加催化剂，是分子级别的再修复，特别适合外太空环境下材料的防护；若与包覆单体微胶囊结合使用，将会构成多级自修复材料。

7、纳米粒子自修复

用纳米粒子修复聚合物材料的裂纹是新兴起的一种非常有趣的产生自愈合材料的方法。这项技术不同于前面所述的自愈合技术，因为它不涉及破坏和聚合物链的重新链接，它是使用一种分散颗粒相，以填补裂缝和缺陷。。纳米粒子修复方法的关键是对纳米粒子表面进行合适的官能化修饰。

8、自感应性自修复

高分子材料的外力响应特性是通过潜伏催化剂在外力的激活下启动的。潜伏型催化剂的配键是聚合物中最薄弱的连接，在外力作用下配键的断裂释放具有聚合催化活性的金属催化剂(如Ru、Pt等)，引发周围可聚合基团交联固化，从而完成对裂纹或损伤的修补。尽管目前研究集中在利用超声波产生外力作用，但最终目标是实现对真实环境下外力(如拉伸、压缩、弯曲、剪切等)的应激响应性和对微裂纹的主动修复性。

有报道一种紫外光敏性自修复涂用高分子，它是含有氧杂环丁烷取代基壳聚糖的聚氨酯。当涂层出现擦痕时，将其暴露在紫外光下（在日光下也有同样的效果），壳聚糖环体会开环产生自由基，在损伤断裂时打开的氧杂环丁烷产生的自由基会和壳聚糖自由基键连在一起，从而将损伤修补，这是完全借助自身分子结构进行的分子级别修复。这种环境友好的自修复高分子材料非常适合用汽车涂层和包装材料。