阿克伦大学和匹兹堡大学的科学家在新的研究中推翻了长期以来的假设，发现水有助于粘附。

Ali Dhinojwala 博士是阿克伦大学聚合物科学与聚合物工程学院杰出的 W. Gerald Austen 客座教授和 HA Morton 教授，他领导的团队取得了重大突破，即水可以在受控条件下意外地增强粘附性，该研究于 8 月 7 日发表在《科学进展》上。

这项研究的意义深远，尤其是在绷带、湿润皮肤健康监测传感器和可替代缝合线的先进粘合剂等生物医学应用领域。利用表面粗糙度和材料特性所获得的见解可能会彻底改变全球价值数十亿美元的行业。

在湿滑路面上行驶或在潮湿的皮肤上粘贴胶带是日常挑战，而要在潮湿粗糙的路面上实现牢固的粘合力则更加困难。传统上，水的存在被视为一种障碍，会破坏有效粘合所必需的分子键。水往往会粘附在表面上并被困在粗糙的表面中，这进一步使粘合过程复杂化。

这是一个重大突破，Dhinojwala 博士的团队(包括匹兹堡大学的 Tevis Jacobs 博士、弗莱堡大学的 Lars Pastewka 博士和阿贡国家实验室的 Anirudha Sumant 博士)在一项研究中取得了发现，该研究涉及测量软弹性体与精确设计的粗糙表面的粘附性，揭示了水、表面粗糙度和粘附动力学之间的复杂相互作用。

Dhinojwala 博士和研究生 Nityanshu Kumar 进行了开创性的水下实验，并开发了模型来解释实验结果。粗糙表面在阿贡国家实验室进行化学制备，并在匹兹堡大学进行原子级表征。分离界面的模拟在弗莱堡大学进行。只有通过这个合作团队互补的专业知识，才能进行这项调查。

与预期相反，在接触形成过程中，水的存在最初会破坏粘附力，因为水分子被困住，阻止了近一半表面积上的分子接触。此外，在有水的情况下，使弹性体变形并符合表面粗糙度所需的能量显著增加，从而进一步降低了初始粘附力。

令人惊讶的是，水的存在会破坏接触形成过程中的粘附力，但在分离过程中，粘附力却增加了近四倍。借助分析模型和表面敏感光谱，这些结果表明，水被困在纳米大小的口袋中。“在水下很难接触，因为需要额外的能量才能挤出水，而且你无法完全去除它，”雅各布斯博士说，“但我们非常惊讶地发现，同样的被困水不仅使两个表面难以推到一起，也使将同样的表面拉开变得更加困难。”

“这些发现挑战了水普遍阻碍粘附的传统观点，”Dhinojwala 博士说。“通过了解水如何与表面形貌相互作用，我们可以利用粗糙度来增强粘附力，就像壁虎如何利用趾垫爬上潮湿的表面一样。”

Dhinojwala 博士的团队接下来打算专注于进一步完善这些发现，以开发出能够充分利用水在粘附科学中令人惊讶的优势的实际应用。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：