关于自修复材料的调研

几类自修复材料的研究进展

———根据不同体系进行分类（未列出催化剂体系）1、无催剂的自修复体系

1、1 胺-环氧修复体系

该体系是利用环氧修复试剂与胺固化剂在伤口处的交联固化反应，从而对材料达到自我修复的效果，胺固化剂的储存在胶囊、中空纤维、微脉管结构里，当胶囊或者纤维在外力作用受损时，释放胺固化剂。

将胺类固化剂包覆在胶囊里面一直是一个难题，直到2009年Kirk et al[1]成功将胺类固化剂包覆在纳米多孔的二氧化硅囊里，但是修复试剂很难流动到伤口处，大多数情况下只能进行局部修复。

Later, Jin et al.[2]在研究中，利用真空渗透技术使得脂肪族胺类固化剂被包覆在PUF囊里，与此同时利用原位聚合的方法将环氧单体包覆在囊里，同时将双组份分散在环氧树脂体系中，利用TDCB观察材料的韧性，当胺胶囊与环氧胶囊的比例为4：6时，修复效率达到了91%，在常温条件下，其修复稳定性较好，能持续6个月。随着修复次数的增加，其修复效率从最高的91%降低到35%。研究中还发现环氧单体的稳定性较好，200℃时仍能稳定存在，但含胺的囊随着温度的增加会逐渐释放胺类固化剂并在修复时会产生过度补偿的现象。在以后的研究中，应该重点放在保护含胺胶囊并提高其热稳定性。在材料收到破坏时，要保证俩种胶囊都能够同时按照比例释放

Pang and Bond[3]，利用中空纤维作为载体，环氧树脂修复剂与荧光物质作为芯材，利用荧光物质的来观察整个过程的修复行为。研究中发现，修复试剂的释放速度很快，能很快流动到裂纹处，室温下24h后，其修复效率达到97%。以后的研究中，需要注意的是修复试剂与中空纤维的载体的对应选择，要保证其释放速度要大于其修复速度，尽可能避免在修复试剂抵达裂纹处之前发生修复反应。Toohey et al[4]利用直写技术（direct-write)构建多重的微脉管网状结构并分散在聚合物介质中，这类脉管结构分为俩部分，一部分载有胺类固化剂，另一类载有环氧树脂修复剂，当材料收到破坏，双组份释放到裂纹处交联固化，进行自修复。其修复效率到达了60%以上，对单一裂纹的能进行16次的修复。以后的研究中，需要注意的是1、要确保双组份能稳定的存在于各自的微脉网结构中。2、提高修复效率。3、增加修复次数。

1、2 单组份环氧修复体系

Carlson 等[5]利用聚酰亚胺包裹着含双键的环氧单体修复剂，当材料表面受损时，环氧修复剂释放，流动到裂纹区，在UV光条件下聚合。该文献要收费，所以只是从摘要你们获取信息，文章中未提修复效率，但在UV光照射一分钟后，修复成功。

还有一种方法，是利用具有熔点的环氧树脂作为修复试剂，当涂层收到破坏时，对材料高温加热，使环氧修复试剂能流动到裂纹处，冷却之后填满裂纹，从而达到修复的效果。

单组份环氧其修复效率不高，修复后的性能不能得到保证，且修复条件高温加

热多为100℃以上要求较高，另外树脂与体系的主要树脂的相容性、材料的整体性能也需要考虑，使用UV光修复，有比其更好的应用体系。

1、3 异氰酸酯修复体系

Huang和Yang [6]在不含催化剂的异氰酸体系中，利用微胶囊技术进行修复。HDI作为修复试剂，包覆在PU囊中，PU囊由MDI预聚物与聚乙二醇在油包水的乳液中聚合。将胶囊均匀分散在环氧树脂体系中并制备涂料，将涂料喷涂在钢铁表面，破化涂层后，做耐盐雾测试48h后与不加胶囊的涂层进行对比，发现含胶囊的样本并未有腐蚀现象。该体系能在常温下进行修复，但未提到修复效率。需要注意的是1、MDI和HDI都是含NCO基团的物质与-OH很容易反应，在形成微胶囊的过程中要尽可能的减少HDI的消耗。2、要保证微胶囊有很好的防水性能，防止水透过胶囊与HDI产生反应。

1、4 分子扩散型

该类型是以添加热塑性的材料为助剂，添加到聚合物中，升高温度时，利用热塑性的物质的流动性，填补裂纹空隙，以此达到修复目的。

Meure等[7]以苯乙烯-甲基丙烯酸的共聚体为热塑性添加剂，混合在环氧热固性材料中，当材料受到破坏时，升高温度至150℃持续30分钟，使热塑性塑料具有流动性，填补裂纹处的空隙，并伴随泡沫膨胀现象产生。利用TSDB和SENB 测试材料力学性能上的变化研究其修复效果，其平均修复效率高达85%。该方法未来需要研究的是：1确定热塑性添加剂和环氧树脂之间是否产生反应。2、修复时需要的温度过高，需要更加优化其修复条件。

另一种方法Hayes等[8]将双酚A与环氧氯丙烷的共聚体作为热塑性添加剂，溶解在环氧单体里，加入固化剂，使得环氧树脂交联固化，热塑性添加剂依旧溶解在热固性树脂里。当材料受损时，升温至130℃一小时，热塑料流动填补空隙。以此达到修复目的。修复试剂仅仅只有5%时，仍具有修复效率。该体系能减少受损区域愈合后对性能的影响。修复试剂为20%时其修复效率只有50%-70%，相比之前的例子有所降低。

2、本征型修复类型

本征型自修复可以重复多次是利用聚合物材料内具有可逆化学反应的分子结构实现的，包括可逆共价键合和可逆非共价键合。可逆共价键主要是指Diels-Alder 反应、双硫键反应等，可逆非共价键包括氢键、离子聚合物等等。

2、1 Diels-Alder与Retro-Diels Alder反应

这类反应主要是利用烯烃与平面二烯烃之间的反应，在某一温度下，单体之间反应形成聚合物。在另外一种温度下，发生可逆反应聚合物分解。此类型反应主要有俩种结构：一种是单体上接多个狄尔斯-阿尔德反应基团，得到热可逆的聚合物交联结构，另一种是先制备端机带狄尔斯-阿尔德的线性聚合物，在不同温度条件下，在聚合物大分子上发生反应。目前研究最多的就是利用呋喃与马来酰亚胺之间的反应制得自修复材料。

Diels-Alder/retro-Diel

修复体系修复条件修复效率

s-Alder

呋喃与马来酰胺 100-15℃（30min-1h

50-100 环氧类 90-120℃(1-3天）

37-100 聚酮

120-15℃（5min-1h) 100 聚苯乙烯

150℃（2.5min) 80 聚乙烯 60-140℃（20分钟-5

天）

100 聚甲基丙烯酸甲酯

100-150℃ 80-100 80-100

2.2光修复体系

Ghosh 和Urban [9] 合成一种支化结构的聚氨酯材料，通过光照下的自修复行为，研究其修复性能与机理。在壳聚糖结构中引入氧杂环丁烷，然后接枝到到双组份体系的聚氨酯结构中（HDI ）。合成路线如下：

当材料收到损伤时氧杂环丁烷开环，产生活性自由基，在UV 光下壳聚糖的链断开，与活性自由基相连从而达到自修复的目的。这种材料在涂料里可以有很好的应用。具有很好的参考价值。

Ling [10]等利用香豆素结构光二聚的原理进行自修复,修复原理如下：

作者通过多羟基，双NCO基的单体，合成含香豆素基团的支化型聚氨酯物质，通过一定比例的软段和硬段的配比，使得常温下链段具有很好的流动性能，能在材料受损时，能填补损伤区域，同时利用香豆素可逆的光二聚和光裂解反应进行自修复，通过力学性能的测试，其修复效率能达到65%

巯基化学

Klumperman and coworkers[11]等将含有S-S键的环氧树脂接枝到含4个S-H官能团的支化结构橡胶中，利用链与链之间的交换达到修复的目的，其修复原理如下：

合成路线如下：

当这种材料交联结构受到破坏时，在60℃下进行加热，其力学性能在1h内几乎完全恢复，并能多次修复，对重复修复的材料进行拉伸测试，观察其曲线，发现其几乎重合，只是最大峰值有所不同，可以表明该修复后的材料和原材料一样有着很好的弹性，且能修复多次。该体系如果玻璃化温度太高的物质，其应用将会受到限制。

含有支链结构能降低材料的黏度，增加材料的流动性，当材料受损时能够很好的流动到受损区域，填补伤口。Y.Amamoto等[12]基于S-S键的相互转移的修复原理，合成一种支化结构的聚氨酯材料，在光照下能够进行S-S键的交换，从而进行修复。其合成及修复示机理示意图如下：

合成路线：

修复机理：

这种材料能在室温、无溶剂、可见光照射下进行自修复，相比UV光其对人体的危害性更小。在可见光照射12小时后，对比其拉伸性能，和原样品相差不大。动态共价键类

Otsuka和coworkers[13]等利用动态共价键的平衡，合成出一种在室温下无需任何额外的条件就能进行自修复。作者使用一种称作（DABBF）diarylbibenzofuranone的物质，该物质常被用来作为抗氧化剂使用，利用其共价键在自由基之间的转换的动态平衡来达到修复的目的。DABBF的结构及修复示意图如下：

文中作者通过PEG、异氰酸酯与DABBF合成支化结构的聚合物凝胶，当物质受损使在无需任何外界的条件下，至于室内，24h后，其伤口愈合，其修复效率高达98%。

氢键：

J.L.Wietor等[14]合成了一种含酰脲嘧啶酮（upy）结构的热固性树脂聚氨酯，UPY分子之间有氢键作用，可以形成可逆的交联结构，UPY结构以及聚合物示意图如下

：

作者对材料进行了热力学和动力学性能的表征，发现含UPY结构的材料有很好的抗溶胀作用，同时还具有一些热塑性塑料的特点，当材料拉伸后，能够恢复形变且伴随应力松弛现象。UPY结构的引入使该体系下的聚氨酯涂层具有更好的硬度与韧性。

选择Tg合适的材料对整个体系的性能有很好的提升，但是当涂层受到的破坏力过大并造成很明显的可见的伤口时比如划破等，该体系不会呈现太明显的修复功能。

形状记忆类：

单相结构中，形状记忆材料一般都是在分子结构上设计软硬俩部分：固定样品形状的固定相和在某种温度下能可逆地发生软化固化的可逆相。固定相的作用是初始形状的记忆和恢复, 第二次变形和固定则是由可逆相来完成。在高于Tg或Tm的温度进行记忆恢复。2011年数据显示基于此类方法做成涂料并已经工业化的的只有拜耳和阿克苏诺贝尔公司。

Xiaofan Luo等[15]在相分离的体系里，使用静电纺丝法先将聚己内酯（PCL）喷在基材上冷却固化成纤维，然后在在PCL上覆盖一层环氧树脂涂料。当涂层受到破坏时，对伤口进行加热引发修复，PCL不仅能填补受损区域，而且还能在伤口处产生交联作用，这样极大提高了涂料的防腐性能。这种方法有很好的应用前景，比如在纤维里包覆防腐蚀剂，进一步使涂层的防腐性能有所提高，或者加入一些磁粉，依靠磁力的作用增加其恢复形变的能力。

示意图如下：

参考文献

1）.J.G.Kirk,S.Naik,J.C.Moosbrugger ,D.J.Morrison,D.V olkov,I.Sokolov,Int.J.Fractu re2009,159,101

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3 ,581

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14）J.L.Wietor,A.Dimopoulos,https://www.docsj.com/doc/8c8731134.html,aert,R.A.T.M.vanBenthem,G.deWith,R.P.Sijbe sma,Macromolecules42(2009)6640–6646.

15）Xiaofan Luoand Patrick T. Mather ACS Macro Lett.2013,2,152?156

环境修复材料项目立项申请报告范文

环境修复材料项目立项申请报告范文 配合制造业的发展，创新亦须加快驱动，形成以创新为主要引领和支撑经济体系和发展模式。全力推动科技进步和劳工素质的提升。必须强化科技与经济对接、创新成果与产业对接、创新项目与现实生产力对接，加强研发人员创新动力与收入挂钩，让科技进步能贡献及带动经济的发展。 一、项目名称及承办单位 （一）项目名称 环境修复材料项目 （二）项目承办单位 xxx有限责任公司 二、项目建设地址及负责人 （一）项目选址 xx新区 （二）项目负责人 崔xx 三、项目承办单位基本情况

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污染土壤微生物修复技术研究进展课程论文 摘要针对2014年4月环境环保部公布的首次全国土壤污染状况调查结果，撰写我国最严重的耕地污染中主要污染物镉、砷、滴滴涕和多环芳烃的微生物修复研究进展。 关键词土壤污染；微生物修复；重金属污染；有机物污染 2005年4月至2013年12月我国开展的首次全国土壤污染状况调查结果显示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。人类赖以生存的耕地中土壤点位超标率高达19.4%，迫在眉睫的主要污染物为镉、砷、滴滴涕和多环芳烃[1]。 微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术，它已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军[2]。由于我国土壤调查结果显示在农田耕地中重金属污染物镉、镍、砷、有机污染物滴滴涕和多环芳烃超标最严重，对这些污染物的治理已经迫在眉睫。所以，本文重点阐述针对这5种污染物的微生物修复技术研究进展。 1、重金属污染土壤微生物修复研究进展 土壤微生物种类繁多、数量庞大，是土壤的活性有机胶体，比表面大、带电荷和代谢活动旺盛，在重金属污染物的土壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的[3]。因此，重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集 (如生物积累、吸附作用)、生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)、生物固定（如与S2-的共沉淀）、生物滤除（如细菌的淋滤作用）等作用方式。 1.1镉污染 将具有重金属吸附能力的天然蛋白或人工合成肽展示在微生物细胞表面,可以提高微生物对重金属的吸附能力。Kuro da等[4]改造了微生物表面蛋白使得当酵母金属硫蛋白( YMT )串联体在酵母表面展示表达后,4 聚体对重金属吸附能力提高5.9 倍, 8 聚

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第一章绪论 世界八大公害事件——马斯河谷事件(工业废气) 多诺拉事件（大气污染物）洛杉矶光化学污染事件（各种废气）伦敦烟雾事件（各种废气）四日市哮喘事件（重金属和SO2形成的硫酸烟雾）米糠油事件（多氯聚苯）水俣病事件（甲基汞废水）痛痛病事件（含铬废水） 环境修复的概念修复(remediation)包括恢复、重建、改建等三个方面的活动。恢复(restoration)是指使部分受损的对象向原初状态发生改变；重建(reconstruction)是指使完全丧失功能的对象恢复至原初水平；改建(renewal)则是指使部分受损的对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减小人类不希望的自然特点。 环境意义上的修复是指对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化。 环境污染(environmental polution)是指任何物质或能量因子的过分集中，超过了环境的承载能力，从而对环境表现出有害的现象。环境污染的实质是由于人类活动不当所引起的环境质量的下降和环境功能的衰退。 健康环境(sound environment)环境修复(environmental remediation)环境净化(environmental self-purification)工程技术(engineering technology)生物技术(biotechnology) 第二章环境污染的物理修复原理 物理修复：污染环境的物理修复过程主要利用污染物与环境之间各种物理特性的差异，达到将污染物从环境从去除、分离的目的。 5 种物理修复技术 A基本物理分离修复主要是基于介质及污染物的物理特征而采用不同的操作方法： B蒸汽浸提修复是指通过降低土壤空隙蒸汽压，把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去除的技术，是利用物理方法去除不饱和土壤中挥发性有机组分（VOCs ）污染的一种修复技术。该技术适用处理污染物为高挥发性化学成分，如汽油、苯和四氯乙烯等环境污染。 C固化/稳定化修复技术是指防止或者降低污染土壤释放有害化学物质过程的一组修复技术，包括原位和异位固定/稳定化。通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处理。 D电动力学修复是从饱和土壤层、不饱和土壤层、污泥、沉积物中分离提取重金属、有机物的过程。电动力学技术主要用于低渗透性土壤（由于水力传导性问题，传统的技术应用受到限制）的修复，适用于大部分无机污染物，也可用于对放射性物质及吸附性较强的有机物的治理。 E热力学修复 电渗（electrosmosis）土壤孔隙表面带有负电荷，与孔隙水中的离子形成双电层。扩散双电层引起孔隙水沿电场从阳极向阴极方向流动称为电渗析。 电泳（electrophoresis）土壤中带电胶体颗粒(包括细小土壤颗粒、腐殖质和微生物细胞等)的迁移运动称为电泳。第三章污染环境的化学修复原理 化学修复主要是通过化学添加剂清除和降低污染环境中污染物的方法。针对污染物的特点，选用合适的化学清除剂和合适的方法，利用化学清除剂的物理化学性质及对污染物的吸附、吸收、迁移、淋溶、挥发、扩散和降解，改变污染物在环境中的残留累积，清除污染物或降低污染物的浓度至安全标准范围，且所施化学药剂不对环境环境系统造成二次污染。 化学修复可以分为原位化学修复（in-site chemical remediation）和异位化学修复（ex-site chemical remediation）。原位化学修复是指在污染土地的现场加入化学修复剂与土壤或地下水中的污染物发生各种化学反应，从而使污染物得以降解或通过化学转化机制去除污染物的毒性以及对污染物进行化学固定，使其活性或生物有效性下降的方法。异位化学修复主要是把土壤或地下水中的污染物通过一系列化学过程，甚至通过富集途径转化为液体形式，然后把这些含有污染物的液状物质输送到污水处理厂或专门的处理场所加以处理的方法，该方法因此通常依赖诸如化学反应器甚至化工厂来最终解决问题。有时，这些经过化学转化的含有污染物的液状物质被堆置到安全的地方进行封存。按照修复技术来分，化学修复主要包括化学淋洗法、化学固定法、化学氧化法、化学还原法、可渗透反应墙和溶剂浸提修复等方法 化学淋洗修复（chemical leaching and flushing/washing remediation）是一种重要的应用于污染土壤环境修复的技术，借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压头推动淋洗液注入到被污染土层中，然后再把包含有污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理的技术。淋洗液通常具有淋洗、增溶、乳化或改变污染物化学性质的作用。

自修复高分子材料的研究现状及发展

自修复高分子材料的研究现状及发展 发表时间：2020-01-15T14:41:52.863Z 来源：《科学与技术》2019年17期作者：李果兴陈恒 [导读] 近年来，智能自修复高分子材料越来越引人注目 摘要：近年来，智能自修复高分子材料越来越引人注目。未来的开发阶段包括(1)改进的维修效率和维修，以便快速维修。(2)简化合成工艺，降低材料成本；(3)绿色环保，开展符合环境保护的可持续发展项目。综上所述，聚合物自修复材料具有非常广泛的发展前景。但是我国这个领域的研究还与世界先进水平有所不同，因此我们需要继续进行更深入的研究，将其迅速应用到科学技术和商业市场，以谋求全人类的利益。本文基于自修复高分子材料的研究现状及发展展开论述。 关键词：自修复；高分子材料；研究现状及发展 引言 今天，随着社会的快速发展，对材料的性能要求越来越高。自修复聚合物材料由于其自修复功能性质，具有延长材料寿命和降低材料使用过程中维护和维护成本的优点，因此自修复聚合物材料在未来的各个领域具有良好的应用和发展前景。 1自修复高分子材料概述 自修复型高分子材料是指高分子材料在受到损伤后可在宏观和微观自行修复，并在一定程度上恢复其力学性能的一类高分子材料。依据修复的特征，自修复型高分子材料可分为本征型和外援型两大类。外援型聚合物自修复材料通常是指向聚合物基体中引入包覆有修复剂的微胶囊、微管或中空纤维等的复合材料。当材料受到损伤时，包覆层破裂并释放出修复剂，修复剂之间相互反应从而完成修复过程。如Ｗｈｉｔｅ等首次向环氧树脂中同时引入了包覆有环戊二烯修复剂的微胶囊和分散于基体中的Ｇｒｕｂｂｓ催化剂，当复合体系受到损伤时，微胶囊破裂，修复剂释放出来并与催化剂反应，形成新的聚合物从而实现裂纹的修复。本征型聚合物自修复材料则是指聚合物通过大分子链自身的运动、缠结或可逆的化学反应（Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ反应、可逆酰腙键的形成、可逆双硫键的形成、硼酸酯键的形成等）、非共价键作用（超分子相互作用，如氢键、离子键、π－π堆叠等）而引发修复功能的一类高分子材料。外援型自修复材料由于受修复剂的限制而无法实现多次修复，且修复的效果强烈依赖于修复剂的包覆效果。 2外植型自修复材料 外植体自修复材料系统主要是微胶囊自修复系统和液芯纤维自修复系统[。微胶囊法，顾名思义，起恢复作用的是事先在身体里的微胶囊。内部含有治愈剂，出现裂纹时，裂纹尖端的应力作用释放出内部治愈剂，与埋在材料内部的催化剂发生化学反应，达到修复裂纹的目的。其优点是能更好地防止微裂纹扩散，有效地提高聚合物材料的寿命。微胶囊自我治愈的概念首先由白色等[2]提出，这种微胶囊材料的保守剂内层是双环戊二烯（DCPD），外层用脲醛树脂包裹。然后将微胶囊与Grubbs催化剂均匀分散在环氧树脂体系中。微胶囊方法也有缺点。因为可以将治愈剂事先埋在材料中，然后在材料准备中添加催化剂，从而修复裂纹。因此，还有很多要考虑的因素，包括微裂纹扩展速度、治愈剂是否与催化剂反应良好、治愈剂是否扩展良好等。催化剂对治愈剂反应非常有效，只有当材料中的裂纹扩展速度高于材料内部的裂纹时，才能很好地防止裂纹的扩散，从而有效地保证了具有高分子材料的性能。由于修复核纤维的系统与微胶囊系统具有相同的机制，当材料出现裂缝时，会释放修复的物质并修复材料缺口。但是，液体的核纤维类型是将还原的材料倒入纤维材料中，然后将其隐藏在材料中。纤维素型是微胶囊自我修复系统的扩展。 3本征型自修复高分子材料 本征型自修复高分子材料是一种在外力或外能作用下被一定程度的破坏后，无需施加能量和力量即可自我修复的材料。目前，国内外相关团队都进行了大量自我修复材料的研究，开发出的自我修复聚合物材料大致分为具有可逆共享耦合的自我修复聚合物材料两种。具有可逆非共结的聚合物材料 3.1可逆Dieal-Alder（DA）反应自修复 DA反应是一种受温度影响的可逆化学反应，其作用原理的本质是加成成环反应受温度控制的可逆反应。具体是一个含有活泼双键或三键的化合物与共轭二烯类化合物进行加成成环反应，此反应活化能低，反应速度快，当温度升高，反应方向调转，生成活性基团。所以，在温度的影响下，DA可逆反应便是该高分子材料的自修复原理。 3.2基于酰腙键型的自修复高分子材料 基于酰肼结合的价耦合自愈系统的机理是醛固反应产生的酰肼结合断裂后自发生长。s . BOD等，如果ph大于4，则转换为凝胶状态；如果ph小于4，则转换为溶胶状态；如果调整ph值，则可以自我修复。这种材料在聚乙二醇两端修改二苯甲酰肼后，与3[(4-醛基苯氧化物-甲基]乙烷反应，从而在缩合反应机制中产生自修复聚合物。如果系统ph值在一定范围内发生变化，酰九头蛇关键点将被破坏和重建，宏观上表现为材质的自愈行为。 3.3可逆N-O键自修复 可逆N-O键是一种键能比较低的化学键，在60℃便可发生热可逆反应，因此只需要外界提供较少的能量就能重新成键，来达到自修复的效果。Otsuka等将烷氧胺基（C-O-N）单元创造性地与高分子材料结合，使得原来无法进行自修复的高分子材料具有了自修复的能力，并且还保留了该种高分子原有的可降解的性能。Sakai等在C-O-N重复单元与单体进行共聚，形成了一种嵌段共聚物，这种高分子材料可以通过烷氧胺基的断裂与重组来实现自修复行为。但是，此种材料的自修复温度要达到126℃，并且需要修复6~12h才能完成，修复温度较高且修复时间较长，这一自修复条件限制了该种材料的应用前景。 4自修复高分子材料的应用 科学家们不断改善其性能，以满足人类日常需求，从而大规模应用聚合物自修复材料。善俊基等制造了模拟荷叶表面蜡治疗的自愈超水性涂料，刮伤表面后光的氧化会削弱超疏水性的氟硅烷群疏水性，开始吸收环境中的水，然后将材料内部的氟硅烷群移到表面，恢复涂层的超疏水性功能。haraguchi等制造了具有有机聚合物-无机粘土网络结构的纳米复合水凝胶，当材料横截面接触时，表面的聚合物链相互交织，通过氢键形成新的共享键合，从而恢复断裂链接。智能自修复聚合物材料目前在人工肌肉等生物工程领域以及宇宙飞船、火箭发动机零部件等航天领域初次使用。另外，墙壁结构、桥梁建设等建筑领域也在逐渐发挥其优越性。相信不久将给全人类带来技术革命。 结束语 材料在使用的过程中使用时间、温度和其他因素，则会出现材料损坏、疲劳等现象，主要是裂纹，如果出现裂纹，则会降低材料的机

环境生物修复

复习题 一、名词解释 1、生物修复（Bioremediation） 也称生物整治、生物补救，是指利用微生物、植物或动物，吸收、转化受污染场地（水体、土壤）中的有机污染物或其他污染物，去除其毒性，使受污染场地恢复生态功能的一种生物处理过程。 2、环境生物技术 直接或间接利用完整的生物体或生物体的某些组成部分或某些机能．建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染以及同时生产有用物质的人工技术系统，称之为环境生物技术。 3、膜污染 膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。 4、稳定塘处理技术 净化过程与自然水体的自净过程相似。通常是将土地进行适当的人工修整，建成池塘，并设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污水。主要利用菌藻的共同作用处理废水中 作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点稳定塘的分类常按塘内的微生物类型、供氧方式和功能等进行划分可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘和深度处理塘。 5、植物促进 以植物忍耐、分解或超量积累某种或某些化学元素的生理功能为基础，利用植物及其共存微生物体系来吸收、降解、挥发和富集环境中污染物的一项环境污染治理技术。6、湿地处理系统 湿地处理系统是利用湿地对污水进行处理的系统。一般所指的是人工湿地处理系统。人工湿地处理系统是由人工优化模拟湿地系统而建造的具有自然生态系统综合降解净化功能，且可认为监督控制的废水处理系统，是一种集物理，化学，生化反应于一体的废水处理技术；一般由人工基制和生长在其上的水生植物组成，是一个独特的土壤，植物，微生物综合生态系统。 7、土壤异位生物修复 是指将受污染土壤，沉积物移离原地，使之与降解菌接种物，营养物及支撑材料混合，集中起来进行生物降解。

环境修复原理与技术

环境修复原理与技术 一、单选(13分) 1、微生物降解有机污染物的基本反应类型不包括() A中和反应 B、氧化反应 C、还原反应 D、水解反应 正确答案:A 2、以下不属于物理修复技术的是() A、原位可渗透反应墙技术 B、固化稳定化修复技术 C、电动力学修复技术 D、热力学修复技术 正确答案:A 3、以下不属于环境生物修复技术局限性的是() A.需要大型设备,造价昂贵 B、耗时长 C、条件苛刻 D、并非所有进入环境的污染物都能被利用 正确答案:A 4.可处理性试验方法不包括( A.水体灭菌实验 B.土壤柱试验 C、反应器实验 D.摇瓶实验 正确答案:A 5、微生物修复的影响因素不包括() A大气性质 B、微生物活性 C、污染物特性 D、土壤性质 正确答案:A 6、土壤污染的特点不包括() A.隐蔽性 B、可逆性 C、长期性 D、后果严重性 正确答案:B

7、稳定塘修复技术可以分为微生物稳定塘和水生生物塘,下列选项中不属于微生物稳定塘的是() A好氧塘 B、养殖塘 C、厌氧塘 D、曝气塘 正确答案:B 8、干扰可以分为自然干抗和人为干扰,以下不属于自然干扰的是( A.文化活动或过程干扰 B、火干扰 C.土壤性干扰 D.动物性干扰 正确答案:B 9、修复不包括() A恢复 B、重建 C、整顿 D、改建 正确答案:C 10、气体抽提修复技术优点不包括() A、处理量大 B、干扰小 C、对不易挥发有机污染物处理效果明显 D、易于与其他技术组合使用 正确答案:C 11、生命现象的典型表现是() A同化作用 B.异化作用 C、新陈代谢 D、呼吸作用 正确答案:C 12、大气污染的修复净化技术不包括() A.植物修复技术 B.微生物修复技术 C、无机矿物材料修复技术 D、原位修复技术 正确答案:D

环境化学(黏土矿物材料与环境修复)

黏土矿物材料与环境修复 摘要： 黏土矿物材料、赤潮、水体污染、大气污染、放射性污染、环境替代材料人类应用黏土的历史源远流长，早在新石器时代就开始利用黏土作为烧制各种陶器和砖瓦的原料。而人们有意识地研究黏土则始于20世纪初。在X射线衍射技术诞生以前，人们并不知道黏土的真实本质。黏土科学作为一门21世纪人类将会迎来一个“新石器时代”，人类对非金属矿产的需求将大大超过对金属矿产的需求。黏土矿物在人们的生产领域将会扮演越来越重要的角色。 黏土矿物广泛存在于各种地质体中，特殊的晶体结构赋予黏土矿物许多特性，例如脱水、复水性能，膨胀和收缩性能、可塑性能、离子交换性能等。黏土矿物的粒级又属胶体范围，高的比表面积和表面双电层结构使其具有胶体的特性。在本质上，黏土矿物属热力学不稳定系统。天然黏土矿物大都具有某种活性，这种活性正是晶体结构和胶体性质的反映。 黏土矿物材料治理赤潮污染 赤潮是指由海洋环境条件的改变，促使某些浮游的藻类生物爆发性的繁殖而引起的异常现象。主要发生在近海域。关于赤潮发生的原因虽然尚未完全查明，但根据有关报道看来，科学家们在这一问题上已取得基本一致的共识，认为基本有三条： 1、水域化学因素的变化，是由于城市生活用水、工业废水的大量倾入，使内弯和浅海区无机态氨、磷酸盐和铁、锰等微量元素增加，为赤潮生物的大量繁殖提供了丰富的营养物质； 2、由于水温和盐度的变化，一般为20~33℃的水域中，赤潮水域的盐度一般为27%~37%； 3、气象条件的变化，通常赤潮出现在闷热、风平浪静的夏季。一般认为，赤潮是生物、营养物质、地理条件、海流等各种因素综合作用的结果。 近几年来，有害赤潮对沿海经济产生的危害明显增大，其主要原因是：

自修复涂料的进展

自修复材料的研究方向与研究进展 一、自修复材料研究方向 1.自修复涂料类型从从不同角度考虑，自修复涂料可有以下几种类型： (1)从涂料的基本结构，可有分相结构的助剂型与连续相结构的本征型。 (2)基于涂料的基本组成，在分相结构的助剂型涂料中，已经研究报道了不同配方组成：有包囊、纤维填料、有层状膨胀型填料、纳米高岭土等类型。 (3)从修复机理上看，可以有液体释放型、化学反应型、体积膨胀型、可逆共价键型、可逆非共价键型和可逆聚合物网络型等。 (4)从功能上看，可有外观修复功能、防腐功能修复涂料等 2.目前自修复材料的研究主要集中在以下几个方面： (1) 陶瓷混凝土基自修复材料 在混凝土中掺入某些特殊的组分，如内含粘结剂的空心胶囊、空心玻璃纤维或液芯光纤，使混凝土材料在受到损伤时部分空心胶囊、空心玻璃纤维或液芯光纤破裂，粘结剂流到损伤处，使混凝土裂缝重新愈合。自修复混凝土对土木建筑结构的应力、应变、和温度等参数进行实时、在线监控、对损伤进行及时修复。这一技术被广泛应用在公路、地基、桥墩等建筑物中。 (2) 金属基自修复材料 金属基复合材料由于金属基体特有的属性，一般都是采用能力补

给的方式进行修复。比如高温保温的方法可以对基体内部的缺陷进行修复，严格地讲这并不是自修复的过程，因为它需要外界因素的作用才可以进行修复。也有利用互穿网络高分子膜络合在金属表面，以实现水蒸气滴状冷凝。由于位阻效应，这类高分子容易铺展成片状。涂覆在金属表面时，形成大分子层，从而得到附加热阻小的超薄涂层。由于具有含孤对电子的原子，因而能够与金属离子或原子形成强度较高的配位键(如N→Cu2+和N→Cu 等)。大面积的配位键像图钉一样把高分子膜牢牢地钉在金属表面上。网格状高分子互相牵制的网状结构，能够使个别断裂的配位键有机会重新形成，这种自修复的特性可以防止涂层剥落。其他一些研究主要集中在材料内部分散或复合一些功能性物质来实现。当材料受损时，这些物质发生某种变化(主要是高温下使金属表面形成氧化膜，通过氧化膜对裂纹发展抑制作用)，实现自组装。 (3) 金属磨损自修复材料 金属磨损自修复材料是一种由羟基硅酸镁等多种矿物成分、添加剂和催化剂等构成的复杂组分超细粉体组合材料、它的常用组分的粒度为0.1～10μm，可以添加到各种类型的润滑油或润滑脂中使用。以润滑油或脂作为载体，将修复材料的超细粉粒送入摩擦副的工作面上。它不与油品发生化学反应，不改变油的粘度和性质，也无毒副作用。这种自修复材料的保护层不仅能够补偿间隙，使零件恢复原始形状，而且还可以优化配合间隙。因此，有利于降低摩擦振动，减少噪声，节约能源，实现对零件摩擦表面几何形状的修复和配合间隙的优

自修复聚氨酯材料

the formation of prenucleation clusters with dimen-sions of 0.6to 1.1nm (step 0).In analogy to the chemistry of calcium phosphate (31),we consider them to be the smallest stable agglomerates of CaCO 3present from the beginning of the reaction.Aggregation of these clusters in solution leads to the nucleation of ACC nanoparticles with a size distri-bution centered around 30nm (step 1).Association of these particles with the template surface initiates the growth of ACC (step 2),using the nanoparticles in their neighborhood as feedstock.Next,randomly oriented nanocrystalline domains are formed inside the otherwise amorphous particles (steps 3and 4).On the basis of the model of Zhang et al .(23),we expect these domains to be unstable and in equi-librium with the amorphous phase.In the last steps,the orientation that is stabilized through the inter-action with the monolayer becomes dominant (step 5)and develops into a single crystal (step 6).This single crystal probably grows by the further addition and incorporation of ions and clusters from solution.The initial experiments of Mann and co-workers showed that the present system could produce cal-cite (11.0)or vaterite (00.1)depending on the pre-cise conditions (16,32).Later,it was demonstrated that rapid CO 2evaporation favors the kinetic product,vaterite (21,22),whereas lower evaporation rates lead to the calcitic form (21).These results are confirmed by our finding of (00.1)oriented vaterite in the present work (i.e.,in a fast-outgassing thin film)and the formation of (11.0)oriented calcite in crystallization dishes (fig.S7)(15)from which CO 2outgassing is slower.Moreover,the observation of randomly oriented vaterite crystals also puts in perspective the synchrotron x-ray scattering exper-iments that showed the formation of randomly oriented crystals from the same system (22). The nanoscopic prenucleation clusters that we visualized are the smallest stable form of CaCO 3and are likely the building blocks of the amorphous precursor particles observed in biomineralization;such particles are also observed in many synthetic systems and are not restricted to calcium carbonate (13,31).As a consequence of their aggregation,ACC nucleates in solution and subsequently assembles at the template.There,it is present as a temporarily stabilized but transient phase that mediates the trans-fer of information from the template to the mineral phase.This occurs through the selective stabiliza-tion of only one of the orientations present,leading to the development of a single crystal. References and Notes 1.H.A.Lowenstam,S.Weiner,On Biomineralization (Oxford Univ.Press,New York,1989). 2.M.E.Davis,Science 305,480(2004). 3.B.L.Smith et al .,Nature 399,761(1999). 4.J.Aizenberg et al .,Science 309,275(2005). 5.J.R.Young,J.M.Didimus,P.R.Bown,B.Prins,S.Mann,Nature 356,516(1992). 6.L.Addadi,D.Joester,F.Nudelman,S.Weiner,Chem.Eur.J.12,980(2006). 7.N.A.J.M.Sommerdijk,G.de With,Chem.Rev.108,4499(2008). 8.M.Volmer,Kinetik der Phasenbildung (Steinkopff,Dresden,1939). 9.Y.Politi,T.Arad,E.Klein,S.Weiner,L.Addadi,Science 306,1161(2004). 10.E.Beniash,J.Aizenberg,L.Addadi,S.Weiner,Proc.R. Soc.London Ser.B 264,461(1997). 11.B.P.Pichon,P.H.H.Bomans,P.M.Frederik, N.A.J.M.Sommerdijk,J.Am.Chem.Soc.130,4034(2008).12.J.R.I.Lee et al .,J.Am.Chem.Soc.129,10370(2007).13.D.Gebauer,A.V?lkel,H.C?lfen,Science 322,1819(2008).14.C.L.Freeman,J.H.Harding,D.M.Duffy,Langmuir 24, 9607(2008). 15.See supporting material on Science Online. 16.S.Mann,B.R.Heywood,S.Rajam,J.D.Birchall,Nature 334,692(1988). 17.S.Nickell,C.Kofler,A.P.Leis,W.Baumeister,Nat.Rev. Mol.Cell Biol.7,225(2006). 18.The sedimentation coefficient s is defined as the velocity v t of the particle per unit gravitational acceleration (centrifugal acceleration:w 2r ,where w is angular velocity and r is the radial distance to the rotation axis).19.F.M.Michel et al .,Chem.Mater.20,4720(2008).20.D.Quigley,P.M.Rodger,J.Chem.Phys.128,221101(2008).21.E.Loste,E.Diaz-Marti,A.Zarbakhsh,F.C.Meldrum, Langmuir 19,2830(2003). 22.E.DiMasi,M.J.Olszta,V.M.Patel,L.B.Gower, CrystEngComm 5,346(2003). 23.T.H.Zhang,X.Y.Liu,J.Am.Chem.Soc.129,13520(2007).24.Y.Politi et al .,Adv.Funct.Mater.16,1289(2006)https://www.docsj.com/doc/8c8731134.html,m,J.M.Charnock,A.Lennie,F.C.Meldrum, CrystEngComm 9,1226(2007). 26.J.Aizenberg,D.A.Muller,J.L.Grazul,D.R.Hamann, Science 299,1205(2003). 27.R.Tang et al .,Angew.Chem.Int.Ed.43,2697(2004).28.G.Luquet,F.Marin,C.R.Palevol 3,515(2004). 29.L.Brecevic,A.E.Nielsen,J.Cryst.Growth 98,504(1989).30.J.J.J.M.Donners,B.R.Heywood,E.W.Meijer,R.J.M.Nolte, N.A.J.M.Sommerdijk,Chem.Eur.J.8,2561(2002).31.A.S.Posner,F.Betts,Acc.Chem.Res.8,273(1975).32.S.Rajam et al .,J.Chem.Soc.Faraday Trans.87,727(1991).33.Supported by the European Community (project code NMP4-CT-2006-033277)and the Netherlands Organization for Scientific Research (NWO).We thank A.V?lkel and H.C?lfen for performing and evaluating the ultracentrifugation measurements;D.Gebauer and A.Verch for time-dependent solution composition determination of the mineralization solutions; F.L.Boogaard,E.J.Creusen,J.J.van Roosmalen,and P.Moeskops for their contribution to the 3D reconstructions of the tomograms;and P.T.K.Chin for providing the CdSe nanorods. Supporting Online Material https://www.docsj.com/doc/8c8731134.html,/cgi/content/full/323/5920/1455/DC1Materials and Methods SOM Text Table S1 Figs.S1to S7 5December 2008;accepted 30January 200910.1126/science.1169434 Self-Repairing Oxetane-Substituted Chitosan Polyurethane Networks Biswajit Ghosh and Marek W.Urban * Polyurethanes have many properties that qualify them as high-performance polymeric materials,but they still suffer from mechanical damage.We report the development of polyurethane networks that exhibit self-repairing characteristics upon exposure to ultraviolet light.The network consists of an oxetane-substituted chitosan precursor incorporated into a two-component polyurethane.Upon mechanical damage of the network,four-member oxetane rings open to create two reactive ends.When exposed to ultraviolet light,chitosan chain scission occurs,which forms crosslinks with the reactive oxetane ends,thus repairing the network.These materials are capable of repairing themselves in less than an hour and can be used in many coatings applications,ranging from transportation to packaging or fashion and biomedical industries. W hen a hard or sharp object hits a ve-hicle,it is likely that it will leave a scratch,and for this reason the auto-motive industry looks for coatings with high scratch resistance.Because of their hardness and elasticity,polyurethanes exhibit good scratch re-sistance but can still suffer from mechanical dam-age.An ideal automotive coating would mend itself while a vehicle is driven.To heal mechan-ical damage in plants,suberin,tannins,phenols,or nitric oxide are activated to prevent further lesions (1–3),whereas in a human skin,the outer flow of blood cells is arrested by the crosslink network of fibrin,giving rise to wound-healing (4,5).Concentration gradients or stratification in living organisms inspired the development of spa-tially heterogeneous remendable polymers (6,7),composites containing micro-encapsulated spheres (8–11),encapsulated fibers (12–14),reversible cross-linking (15,16),and microvascular networks (17).One example is epoxy matrices containing a glass hollow fiber filled with a monomer and an initiator with the “bleeding ”ability to heal poly-mer networks during crack formation (12).A sim-ilar phenomenon was used in another approach,in which a micro-encapsulated dicyclopentadiene monomer was introduced in a catalyst-embedded polymer matrix,which healed the crack near the ring opening of the monomer (8–11).Reversibil-ity of Diels-Alder reactions resulted in another approach to thermally repair damaged areas,and approach using malemide-furan adducts (15,16).Mimicking of microvascular structures (17),water-responsive expandable gels (7),and formation of supramolecular assemblies (18)are other ave-nues of remendability. This study departs from previous approaches and reports the development of heterogeneous School of Polymers and High Performance Materials,Shelby F.Thames Polymer Science Research Center,The University of Southern Mississippi,Hattiesburg,MS 39406,USA.*To whom correspondence should be addressed.E-mail:marek.urban@https://www.docsj.com/doc/8c8731134.html, 13MARCH 2009VOL 323 SCIENCE https://www.docsj.com/doc/8c8731134.html, 1458 REPORTS

自修复混凝土的现状及发展

自修复混凝土的现状及发展 、自修复混凝土的基本特征 自修复是生物的重要特征之一[4]。自修复的核心是物质补给和能量补给，其过程由生长活性因子来完成[5]。自修复混凝土是模仿动物的骨组织结构受创伤后的再生，恢复机理，采用修复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法，对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能，恢复甚至提高材料性能的一种新型复合材料。 据此，学者们设想具有自修复行为的智能材料模型为，在材料的基体中布有许多细小纤维的管道。管中装有可流动的物质修复剂。在外界环境作用下，一旦材料基体开裂，则纤维随即裂开，其内装的修复剂流淌到开裂处，由化学作用自动实现粘合，从而抑制开裂修复材料。这可以提高开裂部分的强度，增强延性弯曲的能力，从而提高整个结构的性能[6]。若采用低模量的胶粘剂修复混凝土，则可以改善建筑结构的阻尼特性，以减轻地震的大风对建筑物的破坏；如果胶粘剂弹性模量较大，则可以恢复结构的刚度和强度；不同凝固时间的胶粘剂可以用于对结构的弯曲进行控制。 自修复混凝土，从严格意义上来说，应该是一种机敏混凝土。机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土,是智能混凝土的初级阶段,是混凝土材料发展的高级阶段[7]。由这种材料构建的混凝上结构出现裂纹和损伤后，如何利用自身的材料特性达到自修复、自钝化，对混凝土结构起到自防护的作用，是我们关注的主要问题。近年来,损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的相继

出现为智能混凝土的研究和发展打下了坚实的基础。未来，可在自修复混凝土的基础上，进一步融入信息科学的内容，如感知、识别和驱动控制等。从而达到适应环境、调节环境、材料结构和健康状况的自诊断和自修复等目的。使其具有多种完善的仿生功能，包括骨骼系统（基材）提供的承载能力，神经系统（传感网络）提供的检测和感知能力，肌肉系统（驱动元件）提供的康复能力，真正达到混凝土材料的结构智能一体化的境界[8] 2、国内外的研究状况与存在的问题 智能混凝土是材料学的一个研究分支，其起源可追溯到上世纪六十年代，当时的苏联科学家采用碳墨为导电组分制备了水泥基导电复合材料。八十年代末期，日本土木工程界的研究人员设想并着手开发构筑高智能结构的所谓对混进变化具有感知和控制功能的智能建筑材料。美国在1993年，由于有国家科学基金的资助，开办了与土木建筑有关的智能材料与智能结构的工厂。然而，正如前面所说，智能混凝土材料是具有若干个S行为的材料[9],即具有自我诊断功能(self-diagnosis)、自我调节功能(self-tuning)、自我恢复功能(self-recovery)、自我修复功能(self-repair)等多种功能的综合,缺一不可，以目前的科技水平，制备完善的智能混凝土材料是相当困难的，也是不现实的。 2.1 国外的研究现状 近年来，国内外虽然先后开展了智能仿生混凝土的研究，并取得了一些有价值的成果。如相继出现的水泥基导电复合材料、水泥基磁性复合材料、具有屏蔽磁场和电磁波的水泥基复合材料、损伤自诊断水泥基复