机械互锁胶粘剂：同时增强界面粘附与内聚力

2024-12-03 12:31

固科

在材料科学领域，胶粘剂的应用广泛且至关重要，它们被用于拼接和修复各种材料，以满足人类的实际需求。然而，开发一种兼具优异的粘附性和内聚性的胶粘剂，仍然是一项具有挑战性的任务。近日，一篇题为“Mechanically Interlocked Daisy Chain Adhesives with Simultaneously Enhanced Interfacial Adhesion and Cohesion”的研究论文在国际权威学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表，为我们带来了这一难题的创新解决方案。

该研究由来自多个研究机构的科学家们共同完成，他们设计并制备了一种新型的机械互锁 Daisy Chain 网络（DC MIN）胶粘剂。这种粘合剂通过正交整合机械键和2-脲基-4[1H]-嘧啶酮（UPy）氢键，实现了在单一体系中的强界面粘附与内聚力的双重提升。

具体来说，UPy部分在该体系中发挥了双重作用：它不仅能够形成交联网络，还能与基材进行多价相互作用，从而实现强界面粘附。而机械互锁的 Daisy Chain，作为胶粘剂的聚合物骨架，则能够通过协同的分子内运动有效缓解外加应力，并保持网络的完整性，从而显著提高胶粘剂的内聚性能。

研究团队通过一系列实验和表征手段，验证了DC MIN胶粘剂的独特结构和优异性能。他们发现，与仅具有氢键网络的对照组相比，DC MIN在宽温度范围内展现出了更优越的粘附性能。这主要得益于机械键与氢键的正交整合，以及Daisy Chain骨架的动态稳定性。

进一步的研究还揭示了DC MIN的工作机制。在受到外力作用时，互锁的Daisy Chain骨架能够发生主客体解离和随后的分子内运动，从而进一步韧化和加强UPy交联网络，增强胶粘剂的内部凝聚力和整体粘附性能。

此外，研究团队还通过应力松弛实验和分子动力学模拟等手段，深入探讨了DC MIN的粘附性能和内聚性能的提升机制。他们发现，独特的分子内动态性以及机械互锁基序的连续存在，对于分散机械应力和稳定胶粘剂结构至关重要。

该研究的创新之处在于提出了一种新的胶粘剂设计理念，即通过将机械键与非共价键正交整合，实现了在单一体系中同时增强界面粘附与内聚力的目标。这一设计策略不仅为优化胶粘剂的性能提供了有价值的指导，也为材料科学领域的研究开辟了新的方向。

总的来说，这篇研究论文为我们带来了一种全新的机械互锁 Daisy Chain 胶粘剂，它在界面粘附与内聚力方面展现出了卓越的性能。这一创新成果有望为胶粘剂领域的发展注入新的活力，并推动相关领域的研究取得更多突破。