亚博网vip:香港城市大学王钻开教授《天然·通讯》：电开关操控的可逆水下毛细粘附
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在各种工业和生物医学运用中，开发能够在湿润条件下快速和可逆地切换粘附功能的水下胶粘剂是十分重要的。到现在为止，可逆水下粘附的开展首要依靠于从贻贝、沙堡蠕虫和藤壶等海洋生物中所取得的创意来组成化学粘合剂。虽然现在现已取得了广泛的发展，但因为化学键的杂乱组成和可逆性的长呼应时刻，这种可逆水下粘合剂的开发仍处于起步阶段。
日前，香港城市大学王钻开教授研发了一种简略的水下毛细胶粘剂，该胶粘剂经过内部水桥与外部空气壳的衔接来进行加强，并经过引进小的直流电压按需进行快速和可逆的别离。一方面，胶粘剂外表图画混合潮湿性的挑选，能够挑选性构成空间束缚的全体空气壳，既坚持了水桥的完整性，又扩大了水桥与水环境的压差，使粘接更强。另一方面，在水桥附着外表施加直流电压能够损坏水桥和空气壳的完整性，然后触发水桥内部的电解。这种电开关水下毛细粘附技能可进一步运用于柔性资料，对各种体系具有较高的习惯性和机动才能。该作业以“Electrically switched underwater capillary adhesion”宣布在《 Nature Communications》。
该粘合剂首要使用了水桥和空气壳两个中心元素之间的协同效果。研讨者挑选这两种元件是因为强的毛细效应和水的特性-快速电解进程，即施加小的直流电压，液相就能够生成气相。首要选用具有混合潮湿性图画的外表，在空间大将薄水膜和空气壳约束在首选方位。当浸入水中时，全体空气壳将被约束在超疏水环上，并包裹住超亲水环中的水桥，然后发生强壮的毛细粘附力（图1）。与现有粘合剂不同的是，根据水桥和气壳结合的毛细粘合剂是可逆的，经过施加小电压，能够按需快速停用其粘合力，这是一种简略的电解进程，会发生额定的气泡与空气壳合并并搅扰其完整性（图1）。
首要用砂纸抛光半径为20 mm的Al板以去除氧化物层，然后在氯化钠水溶液中进行电化学蚀刻以构成微型凹坑（图2a）。之后，将清洁后的样品浸入沸水中20分钟，使其构成由装修有纳米结构的微米级凹坑组成的双标准结构。最终，研讨者运用挑选性氟化和等离子体处理使外表具有混合潮湿性。其间，在装修有双标准结构的样品上，在超越50 h后仍然能够坚持150°的大潮湿对比度，而在装修有单标准微结构的样品上则会敏捷衰减。
从空气中移动到水下，样品上的圆形超疏水区域很快被均匀的气环掩盖（图2b右），而中心超亲水环则会彻底被水潮湿。经过对齐两个样品并施加力以排出中心剩余的水，能够构成薄水桥和全体空气壳，其间空气壳封装并维护薄水桥免受水环境。研讨者接下来测量了两个混合铝板之间的粘附力发现，两个混合铝板在水下严密衔接在一起，即便在水面上也能坚持这种衔接。相反，当将板从水中拉出时，均匀的超疏水性所发生的附着力就会崩塌，然后标明空气壳在坚持毛细粘附中的重要性（图2c）。研讨者经过进一步研讨发现，由具有混合潮湿性的粘合剂供给的粘附力为~2.7 N，分别是具有均匀超疏水性和超亲水性粘合剂的~1.5和~39.0倍。更重要的是，该类水下毛细粘合剂可重复运用且十分经用。毛细粘合剂能够继续超越10个测验周期，而且能够在水下环境中坚持100 g的负载超越48小时（图2e）。
为了进一步探求外气壳与内水桥的一体化是怎么进步水下毛细胶的功能，研讨者经过模型理论剖析发现外气壳的呈现能够促进内毛细桥的粘附力（图3a-b）。因而，研讨者进一步假定经过添加空气壳的数量，能够进一步增强全体毛细强度。值得注意的是，在不需要组成杂乱化学资料的情况下，进一步进步空气壳数能够进步水下粘合强度。例如，在空气壳数为100的情况下，估计会有~95 kPa的大粘合强度，当空气壳数添加到500时，这种粘合强度能够到达~472 kPa，这能够与最先进的粘合剂相媲美（图3c-d）。
更风趣的是，水下毛细粘附力能够经过施加很小的电压来快速切换，然后能够以按需办法在水下拾取和开释物体。在20 V的直流电压下，200 g的金属负载能够被移动到任何预先规划的方位，并在6秒的短时刻内开释（图4a）。当电压添加到30 V时，呼应时刻下降到3 s，这比依靠热或光影响的传统水下可逆粘合剂短得多（图4b）。进一步对这种电触发的按需可逆水下粘附的根本机制进行探究发现。当引进20 V的直流电压触发水桥内电解开端，一方面水桥内部很多气泡的发生减少了板与水桥的触摸面积，削弱了水桥的附着力；另一方面，这些气泡的不断增加导致它们与外壳的衔接，这添加了它的压力，然后降低了粘附力；最终，当水桥和空气壳结合发生的全体附着力小于荷载分量时，水桥和空气壳都会崩塌（图4c-d）。
最终，研讨者还演示了在商用柔性铝带上制作的可逆水下毛细胶粘剂，其厚度为150 μm（图5a）。铝带顶面进行混合潮湿性处理，空气壳数设定为5。这种柔性胶粘剂能够严密地贴附在凹凸外表上，然后完成按需拾取和开释物体，这是商业胶带在水下无法完成的（图5b）。
小结：研讨者开发了一种简略的战略，能够在两个外表之间完成强壮的水下附着力，并按需完成快速和可逆的别离。该办法使用外表上的图画混合潮湿性规划，挑选性地创立空间受限的全体空气壳，以维护水下环境中的水桥。其间，全体粘合强度能够经过引进多个空气壳而成倍添加，并经过呼应在两个外表上施加的电压打乱维护性空气壳的完整性来进行快速损坏。该规划还能够构建在具有混合潮湿性的柔性基板上，可运用于非导电基板并习惯更杂乱的形状，然后扩展底层资料的挑选。
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