上圖充分說明了新材料的自我修復特性。上半圖的材料中產生裂縫，裂縫嵌入植物葉綠體（淺綠色）的水凝膠（深綠色）。 然后給予光照，材料與空氣中的二氧化碳反應發生膨脹并填充間隙，修復了裂紋

    圖片來源：麻省理工學院

    麻省理工學院化學工程師設計出一種材料，它可以與空氣中二氧化碳發生反應，然后生長、自我增強、甚至自我修復。 這種聚合物可能會被用作建筑材料或修補材料或保護涂層，它不斷將空氣中的二氧化碳轉化為碳基材料，從而強化自身。

    目前的新材料是一種合成凝膠狀物質，其化學反應過程類似于植物進行光合作用生長的過程。例如，將該材料制成輕質面板材料，然后運輸到建筑工地，讓它們暴露在空氣和陽光中發生硬化和固化，從而節省能量和運輸成本。

    Michael Strano教授，博士后Seon-Yeong Kwak和其他八位在麻省理工學院和加州大學河濱分校的研究員發現了這一材料，并將其發表在《先進材料》“Advanced Materials”雜志上。

    化學工程的Carbon C. Dubbs教授斯特拉諾說：“這是材料科學中一個全新的概念，我們所說的碳固碳材料目前應該屬于生物領域，因為碳材料只需要陽光就能夠將環境空氣中的二氧化碳轉化為固態、穩定的材料，就像植物一樣。

    研究人員指出，開發這類碳材料，不僅可以減少化石燃料的使用，還能消耗空氣中的二氧化碳，對環境和氣候都有益。斯特拉諾說：”這碳材料可以像樹一樣生長，從二氧化碳中吸收碳，并將其固化到材料中“。

    研究小組在這些最初的驗證實驗中確實使用過了一種生物成分 - 葉綠體，即植物細胞內進行光合作用的工廠，研究人員從菠菜葉中獲得葉綠體，剝離后葉綠體并不能存活，而是催化二氧化碳與葡萄糖的反應，剝離的葉綠體非常不穩定，所以它們在從植物中移出幾小時后就會死亡。 在論文中，斯特拉諾和他的同事介紹了提高葉綠體催化壽命的提取方法。 Strano解釋說，在目前以及未來的工作中，葉綠體正在被非生物催化劑取代。

    研究人員使用的材料是由氨基丙烯酰胺（APMA）、葡萄糖（一種葡萄糖氧化酶的酶）和葉綠體組成的凝膠基質，加入碳時變得更堅硬。 研究人員說，雖然它能起到裂縫填充或涂層材料的作用，但強度還不足以用作建筑材料。

    該團隊已經制定了制備此類材料的方法，目前正在研究如何優化材料的性能。他們說，短期內可以實現自修復涂層和裂縫填充等商業應用，但如果要應用到建筑材料和高強度復合材料，還需要在材料骨架化學和材料科學方面取得進一步發展。

    斯特拉諾說，這種材料最關鍵優勢是，它們可以在陽光下或室內照明時進行自我修復。如果表面被刮傷或破裂，受影響的區域會長大然后填補間隙，達到修復損壞的目的而無需任何外部操作。

    研究人員表示，雖然人們已經在大力研發能模仿生物有機體自我修復的自我修復材料，但這些材料都需要額外施加激活能才能發揮作用，如用加熱，紫外線，機械應力或化學處理來激活該過程。相比之下，新研發的材料除了需要環境光和無處不在的碳之外，其他什么也不需要就能自我修復，而且結合了大氣中的碳的質量。

    Kwak說：”這種材料最初是一種液體，然后開始生長并聚集成一個堅實的形狀。“

    斯特拉諾說：”材料科學領域從未產生過這樣的東西，這些材料雖然沒有復制出生物一樣的功能，但可以模仿生物的某些功能。“ 由于這一發現為后續研究開辟了新道路，為了以進一步發展它，美國能源部正在贊助由斯特拉諾指導的新計劃。

    斯特拉諾說：”我們的工作表明，二氧化碳不一定純粹是人類的負擔和廢棄品，它可以是一種資源，到處都是碳，世界的組成缺少不了碳，人類也是由碳組成的，充分利用我們周圍豐富的碳是材料科學重要的機會。我們不僅要達到碳中和，也要創造碳負性。“

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責任編輯：殷鵬飛

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