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  自愈材料具有從物理?yè)p傷中自主恢復(fù)的內(nèi)在能力，廣泛應(yīng)用于汽車配件、電子產(chǎn)品、機(jī)器人和醫(yī)療設(shè)備。然而，如何平衡材料的力學(xué)性能和愈合性能是一個(gè)挑戰(zhàn)性的難題。機(jī)械強(qiáng)度所需的高剛性與修復(fù)損傷所需的高擴(kuò)散性相沖突。因此，在溫和條件下自動(dòng)愈合的材料表現(xiàn)出的力學(xué)性通常難以滿足工業(yè)的需求。相比之下，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中，動(dòng)植物發(fā)展出了“體液滲出 - 營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸 - 組織再生 (emulsion Exudation – nutrition Transportation – tissue Regeneration, ETR)”的通用自修復(fù)策略，實(shí)現(xiàn)了生物條件(20 – 40 ℃)下高模量組織的自愈合。

圖3. ETR-M的觸變，機(jī)械以及自修復(fù)性能

  經(jīng)典的金屬相圖系統(tǒng)地描述了溫度和成分對(duì)金屬物理性質(zhì)的影響。圖3A顯示了Ga，Bi和In的垂直截面相圖�？梢钥闯�，當(dāng)溫度低于15.9°C時(shí)，金屬完全是固態(tài)（綠色區(qū)域）。將溫度升高到固相線以上，固體金屬進(jìn)入液固雙相區(qū)域（藍(lán)色和紅色區(qū)域）。這種相變可以通過ETR-M（Ga₂₀Bi₂₀In₆₀）的DSC曲線來(lái)表征（圖3C）。有趣的是，ETR-M的機(jī)械性能和自愈行為可以通過相圖中的溫度和成分進(jìn)行精確控制。不同金屬比例的ETR-M具有相似的結(jié)構(gòu)（圖3B），但具有不同的液體含量（f_l），而液固共存結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)生物ETR自愈的關(guān)鍵。因此，由于在高液相率樣品受損界面處具有更高的原子遷移率，Ga₂₀Bi₂₀In₆₀（f_l =18%）表現(xiàn)出最優(yōu)異的自愈能力。不同ETR-Ms的愈合效率（圖3E）與其液固結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測(cè)吻合。

  ETR-M具有加工方便、強(qiáng)度高和易于自愈等特點(diǎn)，可用于機(jī)器人技術(shù)和人造骨骼領(lǐng)域。受生物器官自修復(fù)的啟發(fā)（圖3F），利用自愈二硫化的聚氨酯（PU）附著在高模量的金屬（ETR-M）上（圖3G）。自修復(fù)金屬-高分子材料成功地模仿人軟組織-骨骼系統(tǒng)，有望在未來(lái)作為人造骨骼應(yīng)用。

  受生物系統(tǒng)ETR自愈策略的啟發(fā)，該工作成功的解決了人工自愈材料中平衡自愈性能和高模量的挑戰(zhàn)。此工作中，自修復(fù)金屬材料的模量可高達(dá)5 GPa，并且具有優(yōu)秀的愈合效率（99%）。多相金屬中獨(dú)特固液共存組織與生物組織中的生物結(jié)構(gòu)相似，為ETR-M與生物組織之間自愈行為的相似性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。與之前報(bào)道的自愈合材料不同，ETR-M的自修復(fù)行為可以通過相應(yīng)金屬相圖的溫度和成分進(jìn)行精確調(diào)整。這項(xiàng)工作開發(fā)了有效、通用的自修復(fù)戰(zhàn)略，對(duì)仿生學(xué)，工程學(xué)和機(jī)器人技術(shù)等未來(lái)技術(shù)擴(kuò)寬了發(fā)展道路。

  論文鏈接：https://www.cell.com/matter/pdf/S2590-2385(22)00599-9.pdf