德國科學家研發出超疏液仿生纖維粘合材料

2020-05-09 11:19:40來源：科技日報

近日，德國馬克斯·普朗克智能系統研究所科學家研發出一種仿生纖維粘合材料，在保持粘合性能的同時具有超疏液性，未來有望在生產生活中廣泛用于各種被液體覆蓋的表面。

壁虎腳墊上具有微米或納米級的微纖毛陣列，頂端還有絨毛分叉，使它們能夠輕松地在玻璃和墻壁等各種表面上攀爬。這種出色的附著能力基于分子間作用力等原理。近十多年來，在此基礎上仿生模擬研發出的纖維粘合系統得到發展，但有個問題一直沒解決，即接觸界面如果有液體，就會影響粘合性能。現在，德國科學家通過蘑菇狀的纖維設計解決了這一難題。

仿生纖維粘合材料在粘合中利用的是分子間作用力(又稱范德華力)。仿生纖維表面和物體表面要達到接近分子級別的接觸，兩者之間才能產生足夠的范德華力，保持粘接性能。如果接觸界面有液體，例如油，因為表面張力低，油可以迅速潤濕表面，通常會散布在纖維細毛上和細毛之間，使它們聚在一起并失去粘合力。

馬克斯·普朗克智能系統研究所的維勒·利馬泰寧博士和梅丁·西蒂教授等人針對性地研發出一種具有超疏液性的仿生纖維粘合材料。利馬泰寧博士介紹說：“我們開發出特殊的蘑菇形絨毛結構，這樣的材料不僅可以排斥水，而且可以有效地排斥任何液體，包括油，并且始終保持粘合力”。

纖維尖端的精致設計是這種材料可以抗油的關鍵。在材料制造過程中，科學家使用了雙光子激光光刻技術。利馬泰寧博士解釋說：“即使在表面張力非常低的情況下，纖維尖端的T形懸垂(類似蘑菇)也可以支撐住液體，這是實現超疏液性的原因。”纖維尖端這一T形懸垂的高度約為40微米，帽的直徑約為28微米，帽下方最小直徑約為10微米。這樣的結構使得液體散布到纖維尖端時，由于表面張力具有向上的分量，可以防止液體在兩根纖維之間滑落。

該研究結合了蘑菇形纖維陣列的有效粘附原理和基于雙凹角纖維尖端幾何形狀的疏液性，使纖維尖端表面保持光滑，以獲得很高的干附著力，并且不涉及表面化學修飾，具有彈性和可拉伸性。西蒂教授補充說：“受壁虎啟發的纖維粘合材料現在能夠粘附到任何潮濕的表面上而不會損失粘合力。例如，攀爬機器人將能夠使用這種粘合材料來攀爬濕玻璃板。工業應用上，涂有這種材料的機器人手，可以抓住任何被液體覆蓋的物體，然后再放下。”

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