Page 153 - 摩擦学学报2025年第8期

第 8 期 李晓晖, 等: 仿壁虎可逆黏附材料的微结构及可逆黏附性能研究进展 1251

(a) ii iii (d)
O 2 plasma
Silicon Hydroxylation
wafer
Glass 10 mm
O Br SAMs Toluene
O Si 8 h
(b) O
T > T g
Sl-ATRP
SPMA, MAA
T < T g O S O O K + Cl O
50 mm 50 mm O O Cl Si O Br
O Na + Cl
O
(c) Pull-off & 0 mM 500 mM 5 000 mM
Preload Applied magnetic field, B a detachment
B a
Stalk Magnetic SiNWAs-PSPMA PDMS SiNWAs-PSPMA Magnetic
Stalk
Tip B a
Tip
Glass substrate Initial crack Load 30 g 100 g 200 g
Fig. 8 Construction of environment-responsive biomimetic reversible adhesive materials: (a) mechanism of shape memory material
[97]
composite temperature-responsive reversible adhesive materials ; (b) mechanism of temperature-responsive shape memory
[98] [18]
reversible adhesive materials ; (c) mechanism of magnetic-responsive reversible adhesive materials ;
[99]
(d) construction of chemical-responsive reversible adhesive materials
图 8 环境响应型仿生可逆胶粘材料的构建：(a)形状记忆材料复合温度响应型可逆胶粘材料的机理 ；(b)温度响应型形状记
[97]
忆可逆胶粘材料的机理 ；(c)磁响应型可逆胶粘材料的机理 ；(d)化学响应型可逆胶粘材料的构建 [99]
[98]
[18]
分离条件，设计了具有微束结构的蘑菇状尖端. 加入 包覆的聚合物刷发生膨胀，纤维束间距减少，黏附力
磁性硬颗粒(NdFeB)，在磁场条件下使磁性硬颗粒被 下降. 而在盐溶液中随着离子浓度的增大，聚合物刷
定向磁化. 当施加磁场垂直于黏附界面时，尖端的微 脱水，复合材料的水合程度降低，聚合物刷表现出更为
束会发生弯曲. 随着施加磁场强度的增大，微束结构 有序的排列，摩擦系数增大，黏附力提高，如图8(d)所
的弯曲会驱动蘑菇状结构的脱附. 当施加磁场垂直于 示. 由于PMAA会发生可逆酸碱反应，因此在不同的
黏附界面时，尖端的微束会发生弯曲，随着施加磁场 pH环境中，纤维阵列的“膨胀程度”不同，纤维阵列会
强度的增大，微束结构的弯曲会驱动蘑菇微束发生弯 产生不同的摩擦系数，其黏附力也会不同.
曲. 随着施加磁场强度的增大，微束结构的弯曲会驱 可控响应型可逆黏附材料是1类针对具体应用场
动蘑菇状结构的脱附. Zhao等 [101] 进一步改进了接触尖 景，可满足不同可控黏附实际需求发展出的1类可逆
端的结构，在接触尖端的两侧水平构筑了双轴结构， 黏附材料，其能够对光、热、磁和酸碱等物理化学刺
并在整个接触尖端中添加磁性硬颗粒(NdFeB). 在冲 激做出可控响应，实现对可逆黏附材料及其耦合器件
磁场的磁化下，整个接触尖端被赋予了磁性. 当在垂 的主动控制，大大拓展了可逆黏附材料在复杂环境下
直方向施加磁场时，双轴结构会发生弯曲变形，引发 的应用潜力.

裂纹的产生，降低黏附力，从而实现磁场对尖端黏附
力的线性控制. 3 结论
[99]
此外，Ma等 制备了能对不同湿度、离子浓度和 a. 不同于传统不可逆粘接，可逆黏附材料的出现
pH做出响应的可逆黏附材料，且整个黏附和脱附的过 带来了全新的可逆黏附理念，并在不同领域展现了极
程都由化学触发，通过化学刻蚀的方法在硅片表面刻 大应用潜力. 经过二十多年的发展，可逆黏附材料在
蚀了硅纳米纤维阵列(SiNWAs)，并在纤维阵列表面锚 结构设计及性能提升等方面已经取得了显著进步，但
定聚(甲基丙烯酸3-磺基丙酯钾盐)(SPMA)作为聚合 面向实际应用，其依旧存在一系列挑战.
物刷，包覆硅纳米纤维(SiNWAs-PMAA)，具备不同化 b. 通过化学及物理结构设计进一步提升可逆黏
学环境下的可逆黏附性能，其制备过程如图8(d)所示. 附性能. 对生物可逆黏附微结构及其黏附机制的认识
SPMA聚合物在湿态下表现出水润滑性，因此SiNWAs- 仍旧在不断深入. 深度借鉴生物可逆黏附微观机制，
PMAA具备干湿态切换的黏附性能. 湿度增加会使得 结合物理及基体化学结构优化，实现可逆黏附材料强