福州大學賴躍坤教授團隊針對可穿戴傳感器、軟機器人、組織工程和傷口敷料等領(lǐng)域?qū)娬掣叫运z的迫切需求，開展了創(chuàng)新性研究。目前，界面粘附傳感材料普遍存在兩大技術(shù)瓶頸：一是難以實現(xiàn)粘附與非粘附狀態(tài)間的快速可逆轉(zhuǎn)換，二是多液體環(huán)境中的粘附性能表現(xiàn)不佳。近期，該團隊借助國儀量子掃描電鏡進行了深入研究。通過丙烯酰胺（AAm）、N-異丙基丙烯酰胺（NIPAM）、由十二烷基/甲基丙烯酸十八烷基酯/氯化鈉（SDS/OMA/NaCl）組成的膠束溶液和磷鎢酸（PTA），合成了PANC/T水凝膠。 通過PNIPAM鏈段和SDS的動態(tài)相互作用，實現(xiàn)了按需粘附和分離。在此基礎(chǔ)上，進一步通過Fe3?溶液的浸泡，制備的PANC/T-Fe水凝膠可以在多種濕環(huán)境下的實現(xiàn)強粘附。最終開發(fā)出一種具有快速響應(yīng)特性的智能界面粘合水凝膠，可在不同濕度條件下實現(xiàn)按需粘附與分離。該研究以題為“Temperature-Mediated Controllable Adhesive Hydrogels with Remarkable Wet Adhesion Properties Based on Dynamic Interchain Interactions"的論文發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。 可控粘附水凝膠的合成與結(jié)構(gòu)特性 圖1. 水凝膠合成及可逆濕粘附作用機理圖。 溫度對粘附性能的調(diào)控機制 按需粘附特性與濕環(huán)境強粘附性能 PANC/T-Fe 水凝膠具有按需粘附特性，無需外部能量輸入，僅通過簡單冰敷即可實現(xiàn)粘附轉(zhuǎn)換。在室溫（25°C）下，水凝膠柔軟且粘性強，與玻璃分離時不易剝離且會產(chǎn)生殘留；通過簡單的冰敷，凝膠內(nèi)聚力增加，彈性增強，剝離變?yōu)榱夹詣冸x，且低溫下粘附強度降低，冷卻時間延長也會降低粘附強度。溫度循環(huán)測試表明，其粘附性能在5°C至 25°C的多次循環(huán)測試中基本保持不變，展現(xiàn)出良好的可逆性，可在多種環(huán)境中按需粘附，在組織愈合、材料按需修復和濕環(huán)境驅(qū)動器等方面具有重要應(yīng)用潛力。 圖3. 具有可逆粘附性的PANC/T-Fe水凝膠的性能測試 PANC/T-Fe水凝膠多種液態(tài)環(huán)境的濕粘附性能 在液體環(huán)境中，該水凝膠的表現(xiàn)同樣令人矚目。水凝膠中的共聚物鏈含有親水和疏水單元，經(jīng) Fe3?處理后，親水和疏水鏈段在表面遷移重排，在水和油環(huán)境中均實現(xiàn)強粘附。利用國儀量子的電鏡(SEM3100)觀察了水凝膠鏈誘導遷移前后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，驗證水凝膠的網(wǎng)絡(luò)變化。通過研究 NIPAM 和 PTA 對粘附性能的影響，發(fā)現(xiàn)二者共同作用使水凝膠在不同環(huán)境中表現(xiàn)出色，在干燥、水和油環(huán)境中的粘附強度分別可達 121kPa、227kPa 和 213kPa。對多種基材如玻璃、金屬、木材等均能產(chǎn)生強粘附，在多種有機溶劑和水溶液中也表現(xiàn)出良好的粘附性能。 圖4.PANC/T-Fe水凝膠在多種液態(tài)環(huán)境下的濕粘附性能 圖 S10. Fe3+浸泡前后PANC/T水凝膠截面的SEM圖像顯示，F(xiàn)e3+浸泡后，PANC/T水凝膠內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得更加松散，表明鏈的遷移。 PANC/T-Fe水凝膠對破損材料的修復性能 該團隊研究的PANC/T-Fe水凝膠在實際應(yīng)用中具有廣泛的前景，可用于材料損傷的臨時修復。例如，在船模漏洞修復實驗中，水凝膠能迅速阻止液體滲漏，修復后的船只可承受一定重量且無泄漏。在水和油環(huán)境中修復受損基底時，水凝膠能承受較高的較大爆破壓力（分別為57 kPa 和49 kPa）。當需要剝離水凝膠時，通過冰敷即可輕松實現(xiàn)，且不會殘留膠體，這一特性在生物醫(yī)學、智能材料等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。展示了其在實際應(yīng)用中的巨大潛力。 圖5.PANC/T-Fe水凝膠對材料的臨時修復性能 總結(jié) 該研究成功合成了具有多種環(huán)境強粘附和可逆粘附性能的 PANC/T-Fe 水凝膠，深入揭示了動態(tài)鏈間相互作用對水凝膠粘附性能的影響機制，為新型智能粘附材料的設(shè)計提供了理論依據(jù)。其按需粘附特性無需外部能量，僅通過冰敷即可實現(xiàn)，為智能粘附材料在液體環(huán)境中的應(yīng)用提供了新思路。這種水凝膠在粘附性能調(diào)控方面的創(chuàng)新，有望在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，推動智能粘合劑技術(shù)的發(fā)展，為解決材料粘附相關(guān)問題提供了新的解決方案。