眾所周知，壁虎、蜥蜴、蜘蛛等爬行動(dòng)物能夠輕松地在各種表面上攀爬。
這是由于它們腳墊上具有無(wú)數(shù)微米或納米級(jí)的纖維陣列，范德華力和毛細(xì)作用力使其可充當(dāng)高性能干粘合劑，從而能夠穩(wěn)定地附著在各種表面。
近二十年以來(lái)，科學(xué)家們受爬行動(dòng)物的啟發(fā)，對(duì)纖維膠粘劑進(jìn)行了廣泛研究，成功合成了能夠牢固地附著在各種表面上的纖維膠粘劑。然而，到目前為止還沒(méi)有一種能夠同時(shí)具有高附著力和強(qiáng)疏液性的纖維膠粘劑，許多人造纖維膠粘劑具有較強(qiáng)的疏水性，當(dāng)表面接觸低表面張力的液體時(shí)，粘合性能就會(huì)大大減弱。
亮點(diǎn)
近期，德國(guó)斯圖加特馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的Metin Sitti報(bào)道了一種受生物啟發(fā)的彈性纖維膠粘劑，結(jié)合了蘑菇狀纖維的強(qiáng)粘附性和纖維尖端雙凹角幾何形狀的疏水性，不僅對(duì)低表面張力液體表現(xiàn)出超強(qiáng)疏液性，同時(shí)又保持了超強(qiáng)的粘合性能。強(qiáng)疏液性使該纖維膠粘劑能夠有效地應(yīng)用在有水、油或其他液體的表面；此外，該纖維膠粘劑還具有高度可變形性和拉伸性，能夠抵抗較強(qiáng)程度的物理作用，大大擴(kuò)展了它的實(shí)際應(yīng)用范圍。
彈性纖維膠粘劑的制作
研究人員使用基于剛性的3D印刷制造技術(shù)，通過(guò)兩次成型工藝得到纖維膠粘劑，使用PDMS作為彈性體，并且該制作方法適用于多種彈性體材料。
制作過(guò)程如圖1所示，首先使用雙光子聚合法在玻璃基板上3D打印纖維陣列；然后將單體與交聯(lián)劑比為20：1的PDMS組合物澆鑄并固化在纖維陣列上進(jìn)行氟硅烷化；隨后模制母版的PDMS制品，再使用單體與交聯(lián)劑比為10：1的PDMS組合物進(jìn)行脫模，得到具有彈性的纖維膠粘劑。
疏液性測(cè)試
研究人員通過(guò)接觸角測(cè)量來(lái)表征纖維膠粘劑的疏液性，結(jié)果如圖2所示，該纖維膠粘劑即使對(duì)甲醇、全氟己烷等低表面張力的液體同樣表現(xiàn)出較強(qiáng)的疏液性；
此外，該纖維膠粘劑還能夠?qū)Χ喾N液體進(jìn)行圖3-4所示的液滴拾取和放置操作，這也表明了其具有優(yōu)異的疏液性。
粘附力測(cè)試
隨后，研究人員通過(guò)拉力測(cè)試表征了纖維膠粘劑的粘附力。結(jié)果如圖5所示，即使在2mN的低預(yù)緊力下，該纖維膠粘劑的所能承受的拉力也比平滑表面控制的粘合劑（圖5b虛線）高出五倍左右！并且當(dāng)膠粘劑中纖維帽直徑超過(guò)28 μm時(shí)，其粘附應(yīng)力超過(guò)100 kPa，這均表明了該纖維膠粘劑的超強(qiáng)粘附力。
機(jī)械性能
研究人員所制備的纖維膠粘劑還具有優(yōu)異的機(jī)械性能，從圖6可以看出，即使經(jīng)過(guò)較強(qiáng)的物理拉伸作用，該膠粘劑仍然能夠恢復(fù)原始狀態(tài)并保持粘合性和疏液性，證明了該纖維膠粘劑優(yōu)異的彈性和可拉伸性。
在本篇文章中，研究人員介紹了一種受生物啟發(fā)的超疏液纖維膠粘劑，其不僅具有超強(qiáng)的疏液性，同時(shí)又保持超強(qiáng)的粘合性能，為纖維膠粘劑的發(fā)展提供了新的方法，同時(shí)可擴(kuò)展的制造工藝也有望實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。我們相信，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)在機(jī)器人技術(shù)、汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、便攜式電子產(chǎn)品的界面接觸等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用！
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