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普通玻璃大多是無機(jī)玻璃，主要成分以二氧化硅和硅酸鹽復(fù)鹽（Na2SiO3、CaSiO3）為主，是一種無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。制作時以把石英砂、石灰石、長石、純堿等原材料高溫加熱熔融，在熔融時形成玻璃液，冷卻成形退火后轉(zhuǎn)變成具有固定形狀的固體制品。這種玻璃打破后會碎成不規(guī)則的片狀，不能再連接在一起，也就是平常人們雖說的“破鏡不能重圓”。

目前常用的玻璃一旦破裂就無法修復(fù)，近日，日本東京大學(xué)教授相田卓三等人最新發(fā)明的可以“破鏡重圓”的玻璃是一種半透明高分子材料，屬于有機(jī)玻璃。這種新型有機(jī)玻璃材料能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復(fù)，今后有望用于開發(fā)新型玻璃制品。研究論文日前已發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志上。（DOI：10.1126 / science.aam7588）

TUEG 3及其參考聚合物分子結(jié)構(gòu)和表征

通常，由于長聚合物鏈的纏結(jié)，非結(jié)晶的聚合物形成堅(jiān)固的高分子材料。然而，這種材料一旦斷裂，除非被加熱熔融，否則它們難以自我修復(fù)，因?yàn)槔p結(jié)的聚合物鏈在合理的時間尺度內(nèi)擴(kuò)散太慢以致不能合并斷裂部分。低分子量聚合物當(dāng)它們通過氫鍵等非共價鍵交聯(lián)時，可以被制成機(jī)械穩(wěn)定但又可聚合的聚合物材料，因?yàn)樗鼈兊膭討B(tài)性能可以通過改變交聯(lián)密度來調(diào)節(jié)。到目前為止，橡膠狀軟材料和熱塑性彈性體與氫鍵已被設(shè)計為輕柔壓縮愈合。然而，大量的氫鍵的存在經(jīng)常導(dǎo)致結(jié)晶或高分子材料的聚類，由此使它們具有脆性。換句話說，高強(qiáng)度堅(jiān)固性和愈合能力往往是相互排斥的。

聚合物基質(zhì)中硫脲和脲部分的氫鍵相互作用

文章中研究人員稱他們發(fā)現(xiàn)聚醚硫脲，如TUEG2和TUEG3，盡管攜帶稠密的氫鍵硫脲單元，但卻異常地形成非晶態(tài)材料。更有趣的是，這些材料機(jī)械強(qiáng)度高，而且可以很容易地通過壓裂在斷裂表面進(jìn)行修復(fù)。盡管攜帶大量H鍵硫脲單元，為什么它們是非晶態(tài)的？他們發(fā)現(xiàn)它們的H鍵硫脲陣列幾何是非線性的，所以它們不會誘導(dǎo)結(jié)晶。

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一塊長20毫米、寬10毫米、厚2毫米的聚醚硫脲半透明玻璃，一裂為二，分別用鑷子夾住兩部分，緊密貼合一會兒，兩部分玻璃就連在一起，隨后還能借助夾子勾起300克重的砝碼。

聚合硫脲衍生物在壓縮時的愈合行為

聚合物鏈在聚（醚 - 硫脲）和聚（亞烷基 - 硫脲）中通過交換氫鍵對的滑動運(yùn)動

目前的工作提供了下面列出的基本結(jié)構(gòu)要素，用于設(shè)計機(jī)械堅(jiān)固但可重疊的聚合物材料：（1）較短的聚合物鏈，允許更大的分段運(yùn)動；（2）通過大量氫鍵的緊密交聯(lián)更好的機(jī)械性能；（3）不引起結(jié)晶的非線性（較少有序的）氫鍵陣列，以及（4）實(shí)現(xiàn)促進(jìn)H鍵合對交換的機(jī)制。連接TUEG 3的硫脲單元的三甘醇間隔物最優(yōu)地調(diào)節(jié)用于交換H-鍵鍵合硫脲對的活化能; 因此，聚合物材料盡管非共價鍵地高度交聯(lián)，但是可以僅通過壓縮而無需加熱就可以愈合。