北京
新材料的发展，是当今世界各国的共同目标。同时，人类对于海洋作业、以及深水作业的需求也在与日俱增，因此发展高性能的水下粘合剂材料势在必行。
对于目前的深水下粘合剂来说，大多需要利用热固化、光固化或外力等手段来实现稳定的粘附，导致其实际应用能力比较有限。因此，发展无需外力的水下自动粘合剂具有重要意义。
一般来讲，材料的性质和性能，取决于内部分子之间多体作用的复杂性。所以，从分子水平深入理解材料的作用机理，进而实现其性质和性能的调控，是发展高性能新材料的必经之路。
在近期一项工作中，中国科学院长春应用化学研究所研究员团队，携手香港中文大学（深圳）教授团队，采用“新算法发展-高通量模拟-科学实验”相结合的数智化交叉研究范式，针对目标材料进行了一番探索。
研究中：
一方面他们发展了适合研究材料体系的新型模拟算法与模型，并利用这些算法针对水下粘合剂材料的性质和性能，开展高通量的模拟研究。
另一方面，他们针对这类材料开展了深入、细致、全面的实验，并将模拟结果与实验结果不断比对、验证，借此深入理解材料宏观性质、性能、及其所对应的微观机理，直至发展出令人满意的新型材料。
通过不断地摸索，他们发展出一种“离子液体/高分子”型水下粘合剂，这是一种无需外力的高性能新型粘合剂。当它在水下粘接 24 小时之后，粘附能力反而能够提升 5 倍以上。
（来源：Nature Communications）
通过此，他们成功突破了传统水下粘附材料将水视为不利因素的固有观念，在水分子的帮助之下驱动了材料界面的生长和融合。
这类新材料有望为水下工程等领域的发展做出重要贡献，比如能用于以“回归自然”为主题的水下工程场景。
同时，研究中所建立的“离子液体/高分子”高性能水下粘合剂理论模型，以及针对这类粘合剂材料工作机制的深入理解，也能为设计更多的新型特种胶粘剂带来启示。
据介绍，这是一项科学实验与高通量模拟的合作型研究。于实验而言，主要是从宏观属性来推测微观机制；于模拟而言，主要是通过新算法来从微观机制理解宏观性能。
当双方确立课题之后，便开始发挥各自的专长。经过几次尝试和沟通之后，他们确定了材料构建方案及其工作机理。
为了找到更多的佐证，合作双方各自做了更加详细的表征和分析。随后，他们开始撰写论文并投稿。
最终，相关论文以《水诱导的界面重排驱动的水下自动粘附》（）为题发在 Nature Communications[1]。
香港中文大学（深圳）理工学院博士生姚乐是第一作者，中国科学院长春应用化学研究所研究员和香港中文大学（深圳）教授担任共同通讯作者。
图 | 相关论文（来源：Nature Communications）
表示：“我们双方可谓是老搭档，但却一直通过互联网交流。直到论文发表之后，我们才实现了第一次线下见面。”
另据悉，在本次论文发表之前，在各类学术会议、以及与同行的交流中，不止一次发现很多科研团队或企业都在尝试发展这类水下粘合剂材料。
那些尚未开始发展该类材料的科研团队或企业，也对这类材料表现出浓厚兴趣。“这让我们的信心更加坚定，干劲也更足。因此我们非常希望这类材料的发展，能为更多领域带来帮助。”表示。
同时，他也希望面向国家政策、以及地方及区域发展需求，针对现有材料开展产业化探索，力图实现学术成果的高质量落地与转化。
图 | 段晓征（来源：）
据介绍，研究组成立于 2018 年，主要致力于能源、材料体系的前沿理论与模拟研究。
在过去，他和团队将理论物理与模拟进行创新性结合，发展了适用于研究能源、材料体系“多体作用”新型低标度分子动力学和 Monte Carlo 模拟算法以及一系列衍生算法。
进而利用这些算法，该团队针对先进能源、材料等领域，开展了高通量模拟研究，发展了一系列新能源、新材料体系的制备方案和构效调控策略，为相关实验研究、以及产业发展提供了理论支持。
目前，和团队已在 Nature Communications、JACS、Angewandte Chemie International Edition、Joule、Advanced Functional Materials、ACS Catalysis、Macromolecules、CCS Chemistry 等期刊发表论文 70 余篇，承担国家自然科学基金项目、中科院项目及地方项目共计二十余项。
参考资料：
1.Yao, L., Lin, C., Duan, X.et al. Autonomous underwater adhesion driven by water-induced interfacial rearrangement. Nat Commun 14, 6563 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42209-2
运营/排版：何晨龙
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