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可逆的粘合剂与蜗牛粘液相似

2019-07-11 16:13:55 来源:

只要它们存在,粘合剂一直是材料科学家的心灵宝库。尽管粘合剂存在可以很好地粘合,但是任何曾经试图在完全粘住粘合剂后移除粘合剂的人都知道它可能是一个难以甚至痛苦的过程 - 就像创可贴一样。这种将粘性从超粘性转变为顺利脱落的能力是科学家多年来一直试图解决的问题。现在,宾夕法尼亚大学的研究人员相信他们已经解决了这个难题一个研究小组在宾夕法尼亚大学工程为首舒阳,在教授材料科学与工程系,并在化工系生物分子工程,采取了启发从蜗牛粘液,其实现了在这个可逆的粘合性质,发现一个新的高分子材料具有类似的粘合效果。

“在我们的日常生活中,我们在许多场合使用粘合剂,”杨告诉设计新闻。“我们可以选择使用胶水,固化后是液体和永久性胶水,涂抹时可能很麻烦,或胶带,它更整洁,扁平,但粘合强度不太强。虽然胶水具有更强的附着力,但一旦涂抹,如果我们犯了错误或者它没有完全对齐,我们就不能将粘合的物体分开并重做它。“

Yang和她的团队一直致力于解决这个问题,但主要使用壁虎作为材料仿生学的天然灵感。然而,她说,他们只能通过这项工作到目前为止。

“Geckos可以放下一只手,然后释放它,所以壁虎的附着力是可逆的,但它的附着力非常低,”Yang告诉我们。“壁虎是50克,人类是至少50公斤。如果你想把人抱在墙上,就不可能使用相同的粘合剂。“

它涉及另一个项目 - 涉及由称为聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)的聚合物组成的水凝胶 - 以实现团队开发蜗牛泥状材料所需的突破。

其中一位研究人员吴高祥注意到PHEMA-湿润时呈橡胶状,干燥时呈刚性 - 同时具有很强的粘合性。研究小组注意到,当湿润时,材料会与光滑的表面以及有脊和凹槽的表面一致。

然而,虽然这种质量对于制造良好的粘合剂很重要,但这不是唯一的要求。当PHEMA干燥变得僵硬但没有萎缩时,它的行为是研究人员对它感兴趣的关键。研究人员说,这种行为导致材料在干燥时硬化到空腔中,将其自身牢固地固定在表面上。

“当材料干燥时,它们通常会收缩,”杨在一份新闻声明中说。“如果它从表面收缩,它就不再需要符合微腔并且它会弹出来。”

另一方面,PHEMA粘合剂不会弹出;相反,它保持保形,即使在刚性和干燥的情况下也会记住它的形状,她说。

蜗牛用于粘在表面上的粘液 - 称为epiphragm-同样起作用。当潮湿时,它会与表面贴合并变硬以将蜗牛固定到位。当空气变得更加潮湿时,epiphragm软化并让生物再次自由移动。

该团队对PHEMA水凝胶进行了测试,看它的湿润柔韧性和干燥附着力是否会逆转,以及它能够承受多少重量。他们发现它的作用与蜗牛epiphragm非常相似,并且比激发其他材料的壁虎粘连强89倍。

“当它是保形和刚性时,它就像超级胶水,”杨在一份声明中说。“你不能把它拉下来。但是,奇迹般地,你可以重新润湿它,它会毫不费力地滑落。“

研究人员表示,即使当其中一名研究人员Jason Chirstopher Jolly从一个仅用一张邮票大小的胶粘剂上吊起的安全带上吊起来时,它也能保持粘连。该团队在“美国国家科学院院刊”上发表了一篇关于他们工作的论文。

由于其反向粘合力和强度,研究人员认为该材料具有很大的潜力,可用于各种应用,包括家用产品,机器人系统和工业装配。

然而,该材料也有其局限性,因为其可逆性受水控制,Yang说。这意味着它可能不适用于许多应用 - 例如汽车装配和其他工业用途 - 其中反向粘合会有所帮助,但水活化不会,她说。

杨说,该团队的目标是继续努力设计具有相似性能的粘合剂,不受此限制,以及能够响应不同激活线索的粘合剂。

“我们希望找到其他能够具有类似PHEMA特性的材料,但可以通过热,光,电或磁场激活,以改变机械性能,从而实现粘合,”她告诉我们。

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