文章摘要
随着可穿戴传感器、软机器人、组织工程和伤口敷料等领域需求的增加，开发在潮湿环境中具有强粘附性的水凝胶已成为研究的关键焦点。然而，大多数现有的粘合剂材料缺乏在粘合剂和非粘合剂状态之间快速且可逆地转变的能力，并且它们的粘合力通常限于单一的潮湿环境。在这项研究中，提出了一种智能界面粘合剂水凝胶，其在不同的液体环境中具有可调的粘合性能。通过聚合物链间相互作用和利用亲水性和疏水性链段之间的静电相互作用，水凝胶响应温度变化实现可逆的粘附性能，同时保持强的湿粘附力。其在高温（45 °C）下的粘合强度比在较低温度（5 °C）下的粘合强度大约三倍。该粘附水凝胶在水性环境中表现出227 kPa的粘附强度，在含油环境中表现出213 kPa的粘合强度。这种创新的设计方法使水凝胶能够表现出广泛的可切换和动态湿粘附能力，为水凝胶的广泛应用提供了了巨大的潜力。
背景介绍
在潮湿环境中具有粘合性能的水凝胶正在成为有前途的界面粘合材料有着广泛的应用，包括可穿戴传感器、软机器人、组织工程、伤口敷料、以及材料损伤和渗漏的修复。尽管它们具有潜力，但这种水凝胶面临着限制其性能和实用性的重大挑战。关键问题包括实现对湿基材的牢固粘合和使用后易于去除。在液体环境中，由于界面液体层的存在，粘合通常会失效，这会抑制水凝胶与目标表面之间的有效接触。为了实现湿粘合，关键是要消除界面液体并与基材建立牢固的粘合。然而，强力粘合剂通常难以去除，留下残留物或对易碎材料造成损坏，当剥离时，例如伤口补片、临时泄漏修复和机器人组装。在增强水凝胶强的湿粘附性能的同时，还需要考虑水凝胶的按需分离性能。本文中，作者提出了一种基于动态链间相互作用的温度介导的可控粘合剂P（AAm-co-NIPAM-co-OMA）/PTA-Fe水凝胶（PANC/TFe），其具有增强的湿粘合性能。PNIPAM和胶束溶液之间的温度敏感性相互作用可用于通过简单的冰敷实现水凝胶的按需粘合。通过这种方法，作者设计了水凝胶，其在水性环境中的粘附强度为227 kPa，在油性环境中的粘附强度为213 kPa。此外，在45 °C下的粘附强度是5 °C下的三倍，确保在广泛的液体环境中有效的湿粘附，同时保持可控的粘附性能。PANC/T-Fe水凝胶在各种液体环境中的出色可调湿粘附性使其在泄漏修复、智能机器人以及按需拼接和拆卸方面具有巨大潜力。
文章总结
总之，通过使用简单的方法合成了具有多种环境强和可逆粘附的粘附性PANC/T-Fe水凝胶。水凝胶的按需粘附，只需要简单的冷热交替即可进行粘附转换。所述水凝胶表现出高的温度敏感性和可调节的动态链间相互作用，使得能够按需调节水凝胶粘附。在低温（5 °C）下，水凝胶与钢的粘附力为53 kPa，而在45 °C下，粘附基团被释放，水凝胶与钢的粘附力上升到146 kPa。通过调节亲水性和疏水性聚合物链，获得了在油和水环境中都具有稳健粘附性能的水凝胶。最后，PANC/T-Fe水凝胶的受控粘附特性允许在液体环境中紧急修复材料断裂，以及根据需要进行按需分离。该水凝胶具有湿粘接性和可调粘接性能，为液体环境下的智能粘接提供了新的材料，拓宽了胶粘剂的应用领域。
文章信息
Wu, Che, et al. "Temperature‐Mediated Controllable Adhesive Hydrogels with Remarkable Wet Adhesion Properties Based on Dynamic Interchain Interactions." Advanced Functional Materials (2025): 2423099.
