兰州化物所周峰/麻拴红/马延飞、兰大梁永民《ACS AMI》：基于分子链软硬片段构建高性能黏附材料

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高分子黏合剂是我们生活生产中最重要的辅助材料之一，然而大多数黏合剂只能在非湿态环境中（空气）保持良好的黏合性能，而在长期的湿态环境很容易失效，这主要是因为黏合剂极易受到水分子的破坏，进而导致黏合界面失效。考虑到生物工程、海洋工程和医学工程等领域的应用需求，开发高性能的水下黏附材料成为工程材料领域的研究热点。

中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室周峰研究员团队与兰州大学梁永民教授团队，设计制备了一种新型高性能黏附材料（SRAD），具有优异的水下黏附强度、耐水性和机械耐受性。研究成果以“Molecular Engineering Super-Robust Dry/Wet Adhesive with Strong Interface Bonding and Excellent Mechanical Tolerance”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，兰州大学高璐瑶博士为论文第一作者，兰州大学梁永民教授，兰州化物所麻拴红副研究员和马延飞助理研究员为通讯作者。

Fig.1高性能黏附胶SRAD的设计理念

本研究以多巴胺甲基丙烯酰胺（DMA）作为黏附功能单体，以金刚烷甲酸2-（2-甲基丙烯酰氧基）乙酯（AD）作为刚性功能单体，丙烯酸甲氧基乙酯（MEA）作为柔性功能单体，探索分子链柔性和刚性对其黏附力和内聚力的影响。结论：在高分子黏附胶中，分子链柔性和刚性片段的占比对其黏附性能具有非常重要的影响，极大地控制着黏附力和内聚力的适配性，进而决定高分子黏附材料的黏附强度、耐水性和机械耐受性。

Fig.2 SRAD的黏合强度随水下存放时间的变化

Fig.3 SRAD在多种基材的干/湿黏合强度

图4. SRAD的黏合强度测试：（a）将两块黏合面积为100 mm²的模具黏合在一起，可以悬吊起一个人（50 kg）；（b）用胶黏剂将两个不锈钢球分别黏合在搅拌桨上，然后以1 m/s的恒定线速度旋转7天，没有分离或错位；（c）水下悬挂6.65 kg的重物，12 h内没有发生分离和错位；（d）水中存放半年的黏合样品在30 N的载荷下进行30次循环机械加载-卸载，黏附界面仍然黏合在一起。本研究论文，通过从分子层面精确设计聚合物网络的柔性和刚性，进而实现黏附力和内聚力的适配，最终获得具有优异黏附性、耐水性和机械耐受性的高分子黏合剂。该设计方法有望创造更高性能的水下黏附材料，同时也为湿黏附胶在水下修复和密封等工程领域的应用提供可能。

相关论文信息：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c00494

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