大阪大學研究生院理學研究科博士三年級的樸峻秀和大崎基史特任講師、該校高等共創研究院的高島義德教授和產業科學研究所的原田明特聘教授，以及山形大學研究生院有機材料系統研究科的松葉豪教授等人組成的研究團隊，成功製作出了可以快速自行修理復的橡膠態彈性材料。
研究團隊合成了兩種高分子量化合物，透過行星式球磨機混合，得到了結實、具備自行修理復功能、可以多次循環利用的超分子材料（圖1）。
圖1：此次研究開發的結實、具備自行修理復功能、可以循環利用的超分子材料
（a）可以自行修理復和循環利用的超分子材料的分子間相輔作用。（b）超分子材料的塗層即使出現劃痕也能立即復原。（c）可以利用行星式球磨機重塑被破壞的超分子材料，使其恢復原狀。
與此前合成的超分子材料相比，新材料性能更優異，工藝也比較簡單，更容易用於工業用途，有望推進作爲新一代材料的自行修理復性超分子材料的普及。例如，可作爲機械、電子產品、汽車、飛機和機器人的表面保存塗層使用。即使出現劃痕也能立即開墾，可以大大減輕維護這些產品的工作量。
研究背景
聚合體材料輕量、柔軟且相對比較容易製造，自發現以來，已經成爲日常生活中不可或缺的材料。不過，近年來一直面臨廢棄塑膠造成的環境污染和作爲原料的資源枯竭等問題，最近幾十年對聚合體材料的韌性和長壽命化的需求尤其強烈。利用分子之間的力的超分子材料不單單是一種結實的材料，還具有即使材料受損也能自然恢復的性質，有望解決上述課題。如果可以強化這種材料的功能並簡化製造程序，就能降低實用化的門檻。
研究内容
研究團隊合成了主體聚合體和客體聚合體兩種高分子量化合物（聚合體），並利用名爲行星式球磨機的普通混合裝置進行混合，由此得到了兩種聚合體透過名爲主體-客體相輔作用的分子間微弱的力結合的超分子材料。研究發現，此時透過施加更強的混合力，獲得的超分子材料會變得更結實。球磨機的強大力量可以解開像繩索一樣糾纏的兩種聚合體，並進行蠻力混合，由此能使聚合體更容易在分子水平上行程，並最大限度發揮主體-客體相輔作用的性能和功能。
研究團隊利用該材料製作塗布膜，然後在表面形成劃痕，僅幾秒鐘劃痕就消失。主體-客體相輔作用可以使聚合體中的分子多次連接和分離，因此超分子材料能開墾劃痕，表現出像生命一樣的自行修理復行為（圖2）。另外，與開墾劃痕的原理相同，即使超分子材料被完全破壞，透過再次進行混合處理，也可以使材料恢復原來的形狀重覆使用，強度也能恢復。
圖2：超分子材料的結構及其自行修理復功能（表面劃痕開墾）
（a）利用球磨機處理後的超分子材料的内部結構。從宏觀上來說，聚合物的糾纏以塊體形式存在，塊體由可以自由行程的聚合物鏈（主體聚合體和客體聚合體）構成。主體分子與客體分子之間的主體-客體相輔作用在兩種聚合體之間發揮作用，將兩種聚合體連接起來。（b）剛剛在材料表面形成劃痕後的顯微鏡照片。進行影像處理，計算了劃痕的截面面積。（c）在60°C的溫度下静置10分鐘後的顯微鏡照片。劃痕完全消失。
圖3：備受期待的超分子材料的產品和用途
論文資訊
題目：Extremely Rapid Self-Healable and Recyclable Supramolecular Materials through Planetary Ball Milling and Host-Guest Interactions
期刊：Advanced Materials
DOI：10.1002/adma.202002008
文：JST客觀日本編輯部
