Advanced Functional Materials:任意表面的高效与抗疲劳粘接

利用粘合剂完成材料表面的高效粘接是日常生活中常见的材料加工方式之一,同时也是实现材料仿生设计、器件集成研究等的重要手段。相对于焊接或榫卯结构而言,粘接处理更为方便、温和,能够极大地提升工作效率和降低成本。就其粘接过程而言,一方面借助粘合剂内可反应基团(环氧、氰基丙烯酸酯、不饱和聚酯、活化酯等)或超分子相互作用实现材料间的快速粘接。另一方面,其粘接性能依赖于粘接剂本身的力学强度和韧性、与表面相互作用力大小以及界面处的应力耗散效率。众多研究发现韧性聚合物水凝胶是用作界面粘合的理想材料之一,不过要实现任意非选择性表面的快速、高强与耐疲劳粘接仍然是一个值得思考的问题,特别是如何完成复杂2D/3D材料或器件之间的高效粘接对发展生物与柔性电子等有着重要的参考意义。

针对上述问题,西北大学于游课题组报道了一种新的任意表面高效粘接策略,所用粘合剂综合性能优于普通商业产品(502、ergo等),成本仅为其二十五分之一。借助快速正交化的化学反应途径,粘合剂在自身固化为韧性聚合物凝胶的同时,可进一步与表面通过共价键合的方式形成强粘附作用,仅需5到50秒即可实现任意表面的高效强粘接 (~3,000 J m-2)。粘接界面在数千次大形变过程中仍然保持良好的耐疲劳特性(600 J m-2)、力学与电学稳定性等。同时其还适用于水下操作以及各种破损的及时修复,可在-200到150摄氏度范围内正常使用。另外,该类粘合剂具有一定的化学稳定性和固化可控性,可通过涂覆/打印等方式实现更为复杂的结构设计和界面强粘附。该策略丰富了高性能聚合物凝胶研究内容,也为理解和发展界面高效粘接提供了参考路线。

相关研究已申请国家发明专利一项。化学与材料科学学院博士研究生柳具盆为文章第一作者,于游教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。

论文信息:

Printable Tough Adhesive for Instant Fatigue-Resistant Bonding of Diverse Surfaces

Jupen Liu, Ping Zhang, Hongqiu Wei, Zhe Lu, You Yu*

Advanced Functional Materials

DOI:10.1002/adfm.202107732

全文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202107732