《AFM》华南理工大学殷盼超：超强质子导电水基粘合剂！

粘合剂行业的爆炸式增长刺激了具有多功能性以及成本效益和环保加工性的强力粘合剂的发展。 聚乙烯醇 (PVA) 和亚纳米级金属氧化物簇、磷钨酸 (PTA) 都具有广泛的商业可用性，它们通过水中的氢键进行络合。所获得的纳米复合材料表现出良好的透光率和质子传导性，最重要的是，在典型玻璃基板上的剥离强度约为 4 kN m -1 ，单圈剪切强度为 8.2 ± 1.7 MPa，具有前所未有的高粘合强度。 PVA 与 PTA 的超分子络合可显着降低其结晶度并加速 PVA 链动力学，从而在干燥时内应力和膜收缩可忽略不计，从 而与玻璃基材紧密接触以实现强附着力。同时， PVA 和 PTA 之间的超分子相互作用有助于纳米复合材料的机械强度增强，并解决内聚失败的问题，以确保高粘合强度。快速链动力学也有利于质子的快速传输，有助于提高质子电导率。粘合剂设计协议可以扩展到集成了所需功能的通用聚合物系统，并允许放大加工，为安全玻璃和电子行业的功能粘合剂提供了巨大的机会。

图1 a) 粘合剂成分的化学结构。b) PVA-PTA 粘合剂作为流延干燥薄膜在亲水玻璃表面上的应用。c) 与纯 PVA 薄膜相比，PVA-PTA 薄膜在从表面剥离时表现出经典的坚韧结合行为。

图2 纯 PVA 和 PVA-PTA 样品的微观结构。a) 含有不同部分 PTA 的 PVA 的 SAXS 模式。b) PVA-PTA 复合固体薄膜的 XRD 图谱。c) PVA 结晶度/微晶尺寸与 PTA 在 PVA 基体中的体积分数之间的关系。d) 了解 PVA 和 PVA-PTA 的微观结构以及 PVA 和 PTA 之间相互作用的方案。

图3 a) 180°剥离试验样品。b) 含有不同比例 PTA 的 PVA 薄膜的附着力比较。数据表示为平均值 ± SD（n ≥ 4，PTA 的体积分数低于 3 除外）。c) IR 相机观察到的剥离过程中作为能量消散释放的热量。d) 使用相同方法比较 PVA16、硅酮密封胶、UV 胶和 AB 环氧粘合剂的剥离曲线。e) 从这项工作和其他文献中比较剥离强度和搭接剪切强度。星星代表 PVA-PTA 复合体。f) 照片显示，两块重叠的光滑玻璃之间 5 × 25 mm2 的小接合面积可以轻松承受超过 20 kg 的重量。

图4 a) 通过在聚合物基体中添加 PTA 来降低 PVA 内应力和提高尺寸稳定性的说明。b) PVA 与在塑料盘上干燥的不同比例的 PTA 的宏观收缩。c) AFM 图片显示纯 PVA 和 PVA16 的表面粗糙度。

图5 a) 高度透明的 PVA16 薄膜用作安全玻璃粘合剂。b) 通过 PVA16 粘合剂轻松构造的三角棱柱形状玻璃支架的简单泄漏测试。支架中的溶剂是 THF。c) 冻融处理后，PVA 溶液变成凝胶，而 PVA16 保持流动状态。d) 质子电导率测量装置方案与用于控制温度和相对湿度的室相结合。右侧显示了 PVA16 固体薄膜在不同温度下的奈奎斯特图。当用于电导率测量的一块 PVA16 薄膜用作导电介质时，可以点亮 LED。

相关论文以题为 Ultra-Strong and Proton Conductive Aqua-Based Adhesives from Facile Blending of Polyvinyl Alcohol and Tungsten Oxide Clusters 发表在 《A dvanced Functional Materials 》上。通讯作者 是 华南理工大学 殷盼超教授 。

参考文献：

doi.org/10.1002/adfm.202111892