想象一下，在穿刺后可以愈合的輪胎或者不會折斷的橡膠。哈佛約翰•保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員開發(fā)了一種與天然橡膠相似的橡膠，它是一種可以自我修復的新型橡膠。

自愈橡膠連接永久共價鍵（紅色）與可逆氫鍵（綠色）

自愈材料的概念不是新的 -  SEAS的研究人員已經(jīng)開發(fā)了自愈水凝膠，它是依靠水來摻入可以促進愈合的可逆鍵。然而，干燥材料（如橡膠）的工程類材料的自愈性能一直被認為是一個挑戰(zhàn)。這是因為橡膠是由共價鍵連接而成的聚合物制成的。雖然這些化學鍵是非常強大的，但一旦被破壞，他們永遠不會重新連接。為了賦予橡膠自愈性，團隊需要使連接聚合物的鍵可逆，從而可以破壞然后再修復。“以前的研究使用可逆氫鍵連接聚合物以形成橡膠，但是可逆的鍵本質(zhì)上弱于共價鍵。”SEAS博士后研究員蔡先生表示。 “這提出了一個問題，我們可以合成堅固而且還能自我修復的化學鍵嗎？

蔡先生與中國四川大學客座教授吳金榮，以及SEAS物理與應用物理教授資深作家David Weitz研究開發(fā)了一種具有共價鍵和可逆鍵的混合橡膠。蔡氏理論中提出了混合共價鍵和可逆鍵以制備堅韌的自愈橡膠的概念，但從沒有發(fā)表出來，因為共價鍵和可逆鍵不易混合。 “這兩種類型的化學鍵本質(zhì)上是不混溶的，如石油和水，”蔡先生說。

因此，研究人員開發(fā)了一種分子繩來將這兩種類型的分子結(jié)合在一起。這種稱為無規(guī)支化聚合物的繩索允許兩個先前分離的鍵在分子尺度上均勻混合。這樣，研究人員就可以合成出一種透明、堅韌并且具有自愈性的橡膠。

在橡膠上施加力時，普通的橡膠超過應力點后會逐漸開裂。相比之下，當新型混合橡膠被拉伸時，它會在整個材料上形成所謂的裂縫，其特征與裂紋相似，但是通過纖維束連接。這些裂縫會均勻的分配收到的力，所以沒有壓力點可以導致橡膠開裂。當壓力釋放時，材料可以回復到原來的形式，并且逐漸地愈合。

這種自愈能力將可以應用于各種各樣的橡膠制品。吳先生說：“想象一下，我們可以用這種材料作為橡膠輪胎的組成部分。如果你的輪胎被刺穿，那輪胎也不用馬上就被替換，而是開車時會自動修復，讓你有足夠的緩和余地，以免造成嚴重的傷害。”哈佛技術(shù)開發(fā)辦公室已經(jīng)提交了該技術(shù)專利申請，正在積極尋求商業(yè)化的機會。

“還有許多的事要做，對于材料科學，尚不完全了解為什么這種混合橡膠在拉伸時會出現(xiàn)裂紋；對于工程而言，利用其特殊組合的光學透明度、韌性和自愈能力的混合橡膠的應用仍有待探索。此外，使用分子設(shè)計來混合共價和可逆鍵以產(chǎn)生均勻的混合彈性體的概念是相當普遍的，并且應該能夠開發(fā)出實際使用的韌性、自愈性聚合物。”威茨說。