北京
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研究内容
在许多技术领域，包括攀爬机器人、致动器、伤口敷料和生物电子学，都需要能够在粘附状态和非粘附状态之间快速可逆地切换的物质，这就需要它们具有按需附着和分离的能力。然而，对于大多数类型的智能粘合材料，可逆切换仅在窄尺度（纳米尺度或微米尺度）发生，这限制了具有不同粘合状态的可互换表面的实现。
中国科学院兰州化学物理研究所周峰研究员和Yanfei Ma报告了通过动态多尺度接触与坐标调节协同作用设计的可切换粘合剂水凝胶，DMCS水凝胶。在固体-固体接触过程中，水凝胶在光滑（摩擦约0.04 N/cm2）和粘性（粘附约3 N/cm2）状态之间快速切换，具有大跨度、可切换和动态性，并具有快速粘附切换的特点。相关工作以“Design of large-span stick-slip freely switchable hydrogels via dynamic multiscale contact synerg”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。
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研究要点
要点1.作者使用分子构象重排、模量调制和粗糙度变化等策略构建了基于微尺度和中尺度接触协同效应的动态多尺度粘合剂系统。
要点2.DMCS水凝胶具有大跨度、可切换和动态性，并具有粘性状态和湿滑状态之间的快速粘附切换，超低粘附力和高粗糙度赋予DMCS水凝胶在高温下的低摩擦力。
要点3.粘合剂水凝胶可应用于各种基材，并显示出优异的粘合性能。快速切换、无残留和高保真度的特点显著扩展了智能水凝胶在组织替代物、外科植入物、外科器械、软机器人、可穿戴电子设备和涂层中的适用性。
动态多尺度接触系统中的粘合机制的暴露可为设计更软的粘合材料提供指导，这些材料具有先进的应用能力。尽管这项工作主要集中于具有润湿性、模量和粗糙度变化的基于NIPAAm的水凝胶，但该方法和机制可以扩展到基于介观和微观尺度接触的耦合设计其他高性能智能软材料，从而拓宽了智能材料的应用范围。
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研究图文
图1. DMCS水凝胶的设计与实现。
图2. DMCS水凝胶的动态多尺度接触机制。
图3. 通过动态多尺度接触协同作用切换水凝胶的粘附特性。
图4. DMCS水凝胶在移动设备中的应用。
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文献详情
Design of large-span stick-slip freely switchable hydrogels via dynamic multiscale contact synerg
Zhizhi Zhang, Chenxi Qin, Haiyan Feng, Yangyang Xiang, Bo Yu, Xiaowei Pei, Yanfei Ma,* Feng Zhou*
Nat. Commun.
DOI: 10.1038/s41467-022-34816-2
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