近日，香港中文大學(xué)（深圳）朱世平、張祺團(tuán)隊(duì)提出了一種僅需少量水即可在不同基材上實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)粘附的膠帶，并將其命名為瞬態(tài)半膠水型膠帶（TSGT）。此膠帶由兩親性聚合物和離子液體組成，通過物理交聯(lián)形成非共價(jià)網(wǎng)絡(luò)。親水基團(tuán)的存在使得這種非共價(jià)網(wǎng)絡(luò)很容易被水分子激活，使材料變軟順應(yīng)基材表面；另一方面，材料的整體疏水性使其吸水量有限，水分在TSGT本體內(nèi)部擴(kuò)散并重新分布后，材料回到鎖定狀態(tài)，與基材形成高強(qiáng)度的粘接（如圖1所示）。
施膠時(shí)，僅需在目標(biāo)基材上滴加少量水，將TSGT按壓在水滴的位置，等待一定時(shí)間即可獲得極高的粘附強(qiáng)度（3MPa），遠(yuǎn)高于現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道和商用膠帶，可與結(jié)構(gòu)膠相媲美。加水的方法包括但不限于噴灑、加濕、浸潤(rùn)等。此外，TSGT在不同粗糙度和材質(zhì)的基材上，以及不同環(huán)境濕度、蒸餾水和濃鹽水中均展現(xiàn)出優(yōu)異的粘接性能（如圖2所示）。
由于TSGT表面的高疏水性，施膠時(shí)界面殘留的水層厚度僅為1μm，約1小時(shí)即可被完全吸收。納米壓痕和探針粘性測(cè)試的結(jié)果顯示，在初始吸水階段，材料的表面剛度和Oliver-Pharr折合模量下降超過5倍，與基材的脫粘功迅速上升至初粘時(shí)的20倍（如圖3所示）。通過觀察TSGT在粗糙表面（Ra=14.79μm）上按壓后透光性的變化，發(fā)現(xiàn)在材料吸收水層后，粘接處的可見光透光率逐漸上升。其中，施膠1小時(shí)時(shí)透光率的變化最為明顯，說明與基材表面形貌發(fā)生互鎖依賴于水對(duì)TSGT表面的激活。
激活后的TSGT處于較低模量的狀態(tài)，只有當(dāng)水重新均勻分布后才能維持較高的本體強(qiáng)度。吸水后平衡48小時(shí)的TSGT與吸水前的樣品相比，楊氏模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度僅有較小幅度的下降，韌性幾乎保持不變。不同含水量TSGT樣品的動(dòng)態(tài)力學(xué)數(shù)據(jù)可以擬合成一條主曲線，遵循“水含量-時(shí)間等效”模型，這意味著TSGT能在無需加熱冷卻的情況下實(shí)現(xiàn)類似熱熔膠“鎖定-解鎖-重新鎖定”的粘合過程（如圖4所示）。簡(jiǎn)言之，水從表面層到本體的重新分布是膠帶內(nèi)部的自發(fā)過程，因而避免了脫水或冷卻等繁瑣的外部人為干預(yù)。
來源： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202405511
期刊：Advanced Materials
論文題目：Robust transient semi-glue tape: ultrastrong adhesion empowered by water activation and self-locking
第一作者：香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院博士生姚樂
通訊作者：香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院朱世平教授和張祺副教授
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