隨著基于凝膠的柔性電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)器件、傷口敷料、藥物輸送和水凝膠離子電子學(xué)的發(fā)展，凝膠和凝膠，凝膠和彈性體、無機(jī)物等界面的粘合尤為重要。除此在外，在其他應(yīng)用場(chǎng)景中，部分凝膠在發(fā)揮作用以后需要在不損傷被粘附表面的情況下剝離。如何實(shí)現(xiàn)粘合劑的高強(qiáng)粘附與溫和剝離這個(gè)看似矛盾的問題，一直是研究的熱點(diǎn)。

　　哈佛大學(xué)鎖志剛教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)采用了一種“拓?fù)湔澈?rdquo;的技術(shù)。選用兩片共價(jià)聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠，選取的凝膠和凝膠之間沒有強(qiáng)相互作用力，保證凝膠自身的粘附較弱，這里采用的聚丙烯酰胺凝膠(PAAm)。研究人員開發(fā)出一種雙組分膠水，分別是含有“縫合線”—聚丙烯酸高分子鏈的水溶液，以及鐵離子和檸檬酸溶液。首先在被粘附物表面涂布聚丙烯酸(PAA)水溶液，在一段時(shí)間后，PAA擴(kuò)散到PAAm基體內(nèi)部形成互穿網(wǎng)絡(luò)。之后涂布鐵離子和檸檬酸溶液并給與一定的壓力，使得聚丙烯酸上的羧基和Fe3+發(fā)生配位交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)凝膠之間的高強(qiáng)度粘附。

　　那么如何實(shí)現(xiàn)溫和、不損傷被粘附物的剝離呢?其實(shí)很簡(jiǎn)單，將粘合后的兩塊凝膠暴露在紫外光下，F(xiàn)e3+被還原成Fe2+，使配位作用減弱，從而達(dá)到輕松剝離的目的，實(shí)現(xiàn)光剝離粘合過程。

　　相關(guān)工作以《Photodetachable Adhesion》為題目，發(fā)表在Advanced Materials上。第一作者為Gao Yang。

　　圖文速遞

　　圖1.強(qiáng)粘合及光剝離粘合機(jī)理。采用兩片共價(jià)聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠作為被粘物，聚合物鏈水溶液作為粘結(jié)劑。(a)為了使兩片凝膠緊密地粘接，這里的粘結(jié)劑--“縫合”聚合物鏈與界面兩側(cè)的鏈段發(fā)生拓?fù)淅p結(jié)，在原位形成網(wǎng)絡(luò)。(b)為了使兩片凝膠易于剝離，特定頻率范圍的光破壞“縫合”聚合物鏈網(wǎng)絡(luò)。

　　圖2.兩片聚丙烯酰胺(PAAm)的光剝離粘合。(a)將聚丙烯酸(PAA)水溶液涂布在丙烯酰胺凝膠的表面，使得PAA鏈段能夠擴(kuò)散浸入PAAm凝膠。(b)之后在凝膠表面涂布一定pH的Fe3+和檸檬酸水溶液，并將另一片凝膠壓在此凝膠之上，F(xiàn)e3+擴(kuò)散到凝膠中，將擴(kuò)散入凝膠中的PAA鏈段交聯(lián)，與此同時(shí)和凝膠中的PAAm發(fā)生拓?fù)淅p結(jié)。(c)在粘結(jié)后的凝膠上照射紫外光，將Fe3+還原成Fe2+，脫去羧基，這樣兩片PAAm凝膠就很容易的被剝離。(d-f)界面的SEM照片。(g-i)剝離測(cè)試的照片。

　　圖3.粘附能與幾個(gè)變量之間的關(guān)系。首先，PAA溶液與PAAm凝膠進(jìn)行互穿20分鐘，之后，加入pH為3的Fe3+和檸檬酸水溶液，將兩片凝膠粘合30分鐘。為了剝離，將粘合后的凝膠在紫外光(365nm，60mW·cm-2)下照射3分鐘。采用控制變量法對(duì)各個(gè)變量的影響進(jìn)行測(cè)定。(a)Fe3+和檸檬酸水溶液的pH對(duì)粘合能的影響。(b)紫外光強(qiáng)增加，粘附能降低。(c)暴露在陽光下，粘附能能夠在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。(d)粘附能隨著互穿時(shí)間的增加而增加。(e)粘附能隨著粘結(jié)時(shí)間的增加而增加。(f)粘附能隨著紫外輻射時(shí)間的增加而降低。

　　圖4.對(duì)于不同“縫合”聚合物和凝膠在紫外輻射之前/之后的粘附能。(a)采用不同的“縫合”聚合物：PAA、海藻酸鹽、羧甲基纖維素(CMC)和透明質(zhì)酸(HA)粘合兩片PAAm凝膠。(b)PAA鏈段用于粘結(jié)不同凝膠： PAAm凝膠、海藻酸鹽-PAAm凝膠、PDMA凝膠和PVP凝膠。

　　圖5.不同被粘物的光剝離粘合：(a)凝膠-彈性體;(b)凝膠-無機(jī)固體;(c)彈性體-彈性體;(d)彈性體-無機(jī)固體

　　全文鏈接：

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201806948

　　來源：高分子科學(xué)前沿