界面粘附的案例
《AM》納米紋理形狀和表面能對電粘附-人機(jī)界面性能的影響
介紹
隨著觸摸屏的普及和基于電粘附的表面觸覺設(shè)備的商業(yè)化，捕捉手指
-設(shè)備界面內(nèi)的多物理現(xiàn)象及其交互的建模工具對于設(shè)計以較低成本實現(xiàn)更高性能和可靠性的設(shè)備至關(guān)重要。雖然電粘附已成功證明通過摩擦調(diào)制改變觸覺感知的能力，但手指-設(shè)備界面中的電粘附機(jī)制仍不清楚，部分原因是復(fù)雜的界面物理，包括接觸變形、毛細(xì)管形成、電場及其復(fù)雜的耦合尚未全面解決的影響。
摘要
最近，
德克薩斯農(nóng)工大學(xué)
Yuan Ma
博士
和
M. Cynthia Hipwell
教授
團(tuán)隊
提出了
一個多物理場模型，用于預(yù)測納米級手指-表面觸覺相互作用的摩擦力
。將納米級多物理現(xiàn)象結(jié)合起來研究納米紋理和表面能在觸摸界面中的影響。以宏觀摩擦力測量作為驗證，該模型進(jìn)
一步用于提出具有最大電粘附效應(yīng)和最小相對濕度和用戶排汗率敏感度的紋理。
該模型可以指導(dǎo)未來基于電粘附的表面觸覺設(shè)備和其他基于觸摸的人機(jī)界面的性能改進(jìn)
。相關(guān)論文以題為
Nanotexture Shape and Surface Energy Impact on Electroadhesive Human–Machine Interface Performance
發(fā)表在《
Advanced
Materials
》上。
主圖
圖1
納米結(jié)構(gòu)形狀和表面能對電粘附性能影響的示意圖。
a) 兩種紋理玻璃（樣品 A 和樣品 B）上的觸覺和摩擦示意圖，有和沒有疏水涂層，由皮膚和不同高度和不同表面能的納米粗糙之間的毛細(xì)管力引起。
展開 中科院理化所王樹濤研究員：縱觀整個科學(xué)發(fā)展史，革命性新技術(shù)的誕生往往是對“舊知識”的顛覆
首先，仿生界面粘附是課題組目前主要的研究方向；其次，課題組里的老師同學(xué)們經(jīng)常會粘在一起討論課題；最后，課題組里的老師和同學(xué)們會把自己的課題跟自己粘在一起，時時處處談?wù)撟约旱恼n題，隨時可能解決課題中遇到的難題。
課題組主要從事仿生多尺度粘附可控界面材料的研究，揭示自然界中特殊的界面粘附現(xiàn)象與機(jī)制，設(shè)計與制備仿生多尺度界面材料，探索其在醫(yī)療健康、能源、環(huán)境、信息等領(lǐng)域的應(yīng)用。希望經(jīng)過課題組的努力，可以在仿生界面粘附方向上做出我們自己的特色，與國內(nèi)外同行一同在這一領(lǐng)域展開研究。
在研究道路上，什么是激發(fā)您內(nèi)心堅持與前進(jìn)的動力，成就感來自于什么？
回復(fù)：興趣與責(zé)任。讀研究生的時候主要是興趣，可以說是興趣驅(qū)動的創(chuàng)新性基礎(chǔ)研究。自2010年回國以來，自己帶領(lǐng)課題組一步步走來，感覺責(zé)任占的比重越來越大，最終興趣與責(zé)任并存。成就感主要是可以了解我們所處的這個世界，揭示自然的奧秘，發(fā)展有用的知識、材料和技術(shù)。
希望未來加入課題組的學(xué)生具備什么樣的品質(zhì)特征？
回復(fù)：好奇心以及敢于質(zhì)疑的勇氣。我希望未來加入課題組的學(xué)生對神奇的大自然充滿好奇心，渴望探求奇特現(xiàn)象背后的科學(xué)奧秘。另外，就是對書本上已有知識與規(guī)律要敢于提出自己的質(zhì)疑。隨著科技的發(fā)展，新發(fā)現(xiàn)、新材料與新技術(shù)一定會給書本上的知識帶來挑戰(zhàn)，不能死抱著書本上的“舊知識”不放，不敢提出自己的見解。縱觀整個科學(xué)發(fā)展史，革命性新技術(shù)的誕生往往是對“舊知識”的顛覆。
展開 四川大學(xué)傅強(qiáng)教授課題組：通過添加氣相二氧化硅納米顆粒提高聚乳酸/乙烯-醋酸乙烯酯共混物的沖擊韌性
圖4 含有不同含量、不同比表面積SiO2的85PLA/15EVA共混物的缺口沖擊強(qiáng)度
圖5 含有不同含量、不同比表面積SiO2的85PLA/15EVA共混物的拉伸性能:(a) 屈服強(qiáng)度和 (b) 楊氏模量
圖6給出了PLA/EVA共混物中界面選擇性分布SiO2的增韌機(jī)理。由于PLA與EVA部分相容，鏈段擴(kuò)散不足以在界面處實現(xiàn)高密度的鏈纏結(jié)，導(dǎo)致界面粘附較差。因此，在PLA/EVA二元共混物和85PLA/15EVA/A380納米復(fù)合材料中，界面處容易引發(fā)不穩(wěn)定的裂紋，并沿界面面快速擴(kuò)展(圖6a)，導(dǎo)致增韌效果較弱。SiO2可以吸附大量的PLA和EVA分子鏈(圖3)，作為物理交聯(lián)點增加鏈纏結(jié)密度，使PLA和EVA界面粘附增強(qiáng)，起到“橋梁作用”。界面處的SiO2 “橋”可以有效地防止裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展(圖6b)。另外，在受到外力作用下，界面分布的部分SiO2可以地被拉伸或拔出，而當(dāng)界面粘附力足夠強(qiáng)時，還有極少數(shù)的SiO2會發(fā)生斷裂(圖6b)。界面分布的SiO2的上述行為都促進(jìn)了PLA基體強(qiáng)烈的塑性變形和大量的能量耗散，從而大大提高了其沖擊韌性。SiO2納米粒子對分子鏈的吸附能力和界面處形成的鏈纏結(jié)密度隨其比表面積的增加而明顯增加(圖3)，因此，在同樣分布在界面的情況下，比表面積越高的增韌效率越好。
圖6 界面裂紋擴(kuò)展機(jī)理示意圖：(a) 85PLA/15EVA、85PLA/15EVA/A380和(b) 85PLA/15EVA/A200、85PLA/15EVA/A50
該論文即將于Chinese Journal of Polymer Science印刷出版，張婷婷碩士研究生為本論文的第一作者，共同通訊作者為四川大學(xué)高分子學(xué)院的傅強(qiáng)教授和修昊博士。
展開 漲知識|跳起來了！水凝膠實現(xiàn)可控跳躍
受此啟發(fā)，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員付俊團(tuán)隊發(fā)展了一種新策略，利用基底對凝膠形變的約束，積累彈性能，并利用界面不穩(wěn)定性實現(xiàn)能量的爆發(fā)性釋放，驅(qū)動水凝膠實現(xiàn)可控跳躍。
研究人員制備了粘土交聯(lián)和增強(qiáng)的溫敏雙層水凝膠（圖1a），通過調(diào)控材料配比，可調(diào)控各層的臨界相容溫度（LCST）（圖1b）。在反復(fù)升溫和降溫過程中，雙層凝膠因各層的溶脹/消溶脹性質(zhì)差異而發(fā)生可逆變形、卷曲（圖1c）。在此過程中，因溶脹程度差異而導(dǎo)致凝膠內(nèi)產(chǎn)生的彈性能得以緩慢釋放。
圖1 （a）雙層水凝膠的結(jié)構(gòu)示意圖，（b）凝膠各層平衡溶脹率隨溫度變化曲線，（c）雙層水凝膠可逆彎曲/伸展圖像
研究發(fā)現(xiàn)，納米復(fù)合凝膠在多種金屬基底上具有較強(qiáng)的粘附性，與鑄鐵、鋁、不銹鋼、銅基板之間的粘附能可分別達(dá)到17.6、12.8、12.8、7.6 J/m2（圖2）。將凝膠粘附在鋁基板上，可承受較大的拉力。在拉伸過程中，隨著凝膠發(fā)生形變，內(nèi)部不斷積累彈性能；當(dāng)凝膠內(nèi)積累的彈性能高于界面粘附能時，凝膠瞬間滑脫，并在40ms內(nèi)回彈（圖3）。
圖2 （a-b）納米復(fù)合水凝膠從鑄鐵、鋁、不銹鋼、銅基底上90°剝離的單位寬度力-位移曲線，（c）平均粘附能
圖3 納米復(fù)合水凝膠在鋁基板上的粘附與拉伸-回彈
研究人員巧妙地將溫度響應(yīng)行為與界面粘附特性結(jié)合，設(shè)計制作了具有棘齒結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)軌，利用凝膠與金屬之間的黏附作用，通過棘齒結(jié)構(gòu)約束凝膠的形變。在升溫過程中，凝膠發(fā)生不對稱收縮，產(chǎn)生彎曲傾向；而導(dǎo)軌的棘齒結(jié)構(gòu)阻礙凝膠彎曲變形，凝膠內(nèi)部彈性能逐漸積累。當(dāng)彈性能超越界面黏附能，凝膠瞬間脫離導(dǎo)軌，彈性能快速釋放，驅(qū)動凝膠跳躍（圖4）。
展開 
跳起來了！水凝膠實現(xiàn)可控跳躍
受此啟發(fā)，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員付俊團(tuán)隊發(fā)展了一種新策略，利用基底對凝膠形變的約束，積累彈性能，并利用界面不穩(wěn)定性實現(xiàn)能量的爆發(fā)性釋放，驅(qū)動水凝膠實現(xiàn)可控跳躍。
研究人員制備了粘土交聯(lián)和增強(qiáng)的溫敏雙層水凝膠（圖1a），通過調(diào)控材料配比，可調(diào)控各層的臨界相容溫度（LCST）（圖1b）。在反復(fù)升溫和降溫過程中，雙層凝膠因各層的溶脹/消溶脹性質(zhì)差異而發(fā)生可逆變形、卷曲（圖1c）。在此過程中，因溶脹程度差異而導(dǎo)致凝膠內(nèi)產(chǎn)生的彈性能得以緩慢釋放。
圖1 （a）雙層水凝膠的結(jié)構(gòu)示意圖，（b）凝膠各層平衡溶脹率隨溫度變化曲線，（c）雙層水凝膠可逆彎曲/伸展圖像
研究發(fā)現(xiàn)，納米復(fù)合凝膠在多種金屬基底上具有較強(qiáng)的粘附性，與鑄鐵、鋁、不銹鋼、銅基板之間的粘附能可分別達(dá)到17.6、12.8、12.8、7.6 J/m2（圖2）。將凝膠粘附在鋁基板上，可承受較大的拉力。在拉伸過程中，隨著凝膠發(fā)生形變，內(nèi)部不斷積累彈性能；當(dāng)凝膠內(nèi)積累的彈性能高于界面粘附能時，凝膠瞬間滑脫，并在40ms內(nèi)回彈（圖3）。
圖2 （a-b）納米復(fù)合水凝膠從鑄鐵、鋁、不銹鋼、銅基底上90°剝離的單位寬度力-位移曲線，（c）平均粘附能
圖3 納米復(fù)合水凝膠在鋁基板上的粘附與拉伸-回彈
研究人員巧妙地將溫度響應(yīng)行為與界面粘附特性結(jié)合，設(shè)計制作了具有棘齒結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)軌，利用凝膠與金屬之間的黏附作用，通過棘齒結(jié)構(gòu)約束凝膠的形變。在升溫過程中，凝膠發(fā)生不對稱收縮，產(chǎn)生彎曲傾向；而導(dǎo)軌的棘齒結(jié)構(gòu)阻礙凝膠彎曲變形，凝膠內(nèi)部彈性能逐漸積累。當(dāng)彈性能超越界面黏附能，凝膠瞬間脫離導(dǎo)軌，彈性能快速釋放，驅(qū)動凝膠跳躍（圖4）。
展開 陜西師范大學(xué)Adv. Mater.：仿生生物聚合物涂層的一步組裝用于粒子表面工程
PTL材料與各種材料表界面通過一種多位點粘附機(jī)理而實現(xiàn)穩(wěn)定的界面粘附（Colloid Interface Sci. Commun. 2018, 22, 42）。在以上這些研究基礎(chǔ)之上，PTL材料展示了在生物醫(yī)用表界面（如蛋白質(zhì)固定、抗菌和生物礦化等）和材料表界面改性等基礎(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用前景（Adv. Mater. 2016, 28, 579; Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1704476; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 9331; Macromol. Biosci. 2012, 12, 1053）。
來源：材料人
展開 西南大學(xué)黃進(jìn)和甘霖團(tuán)隊與華工陳玉坤團(tuán)隊合作：纖維素納米晶基于Thiol-Ene點擊化學(xué)的橡膠共價鍵偶聯(lián)共連續(xù)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)策略
NBR與mCNC之間界面相互作用的改善有助于增加交聯(lián)密度，交聯(lián)密度的增強(qiáng)可能限制橡膠鏈的流動性，其Tg的增加表明共價鍵對于橡膠鏈的約束。
圖3. 丁 腈橡膠復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(a)NBR/CNC (b) NBR/mCNC1 (c)NBR /mCNC2 (d) NBR/mCNC3。
柔性NBR與剛性CNC之間的強(qiáng)共價界面相互作用有利于改善應(yīng)力傳遞和填料分散性。當(dāng)mCNC2的添加量分別為1%和10%時，其拉伸強(qiáng)度增加到1 MPa和2.28 MPa，分別提升了108%和375%。此外，100%應(yīng)變下的應(yīng)力在1%的mCNC1載荷下從0.44增加到0.88兆帕，在10%的mCNC1載荷下增加到1.21兆帕，分別增加了100%和175%當(dāng)mCNC1含量為5% (373.48%)時，斷裂伸長率較高，10%時為341.44%。雖然高mCNC1含量時斷裂伸長率略有下降，但隨著mCNC1含量的增加，納米復(fù)合材料的斷裂能增加(從0.79 MJ/m3增加到4.67 MJ/m3，比純NBR高491%)。
圖4. 拉伸斷裂表面橫截面的掃描電鏡圖像:(a)純NBR; (b) NBR/mCNC1-1%; (c) NBR/mCNC1-5%; (d) NBR/mCNC1-10%.
mCNC均勻地分散在NBR基體中，沒有明顯的聚集體（如圖4），當(dāng)mCNC的含量高達(dá)10%時，僅觀察到一些聚集體。這主要是因為在mCNC表面引入了相對較長的烴鏈，削弱了mCNC的親水性和氫鍵化傾向。此外，在斷裂表面上沒有發(fā)現(xiàn)間隙、空隙或拔出裂紋，這表明mCNC和NBR基體之間的界面粘附很強(qiáng)。
展開 塑料潤滑劑的基礎(chǔ)知識介紹大全
為此，需要加入以提高潤滑性、減少摩擦、降低界面粘附性能為目的助劑。這就是潤滑劑。潤滑劑除了改進(jìn)流動性外，還可以起熔融促進(jìn)劑、防粘連和防靜電劑、爽滑劑等作用。
潤滑劑可分為外潤滑劑和內(nèi)潤滑劑兩種,外潤滑劑的作用主要是改善聚合物熔體與加工設(shè)備的熱金屬表面的摩擦。它與聚合物相容性較差，容易從熔體內(nèi)往外遷移，所以能在塑料熔體與金屬的交界面形成潤滑的薄層。內(nèi)潤滑劑與聚合物有良好的相容性，它在聚合物內(nèi)部起到降低聚合物分子間內(nèi)聚力的作用，從而改善塑料熔體的內(nèi)摩擦生熱和熔體的流動性。常用的外潤滑劑是硬脂酸及其鹽類；內(nèi)潤滑劑是低分子量的聚合物。有的潤滑劑還有其他的功用。實際每一種潤滑劑都有可以實現(xiàn)某一要求的作用，總是內(nèi)外潤滑共同作用，只是在某一方面更突出一些。同一種潤滑劑在不同的聚合物中或不同的加工條件下會表現(xiàn)出不同的潤滑作用，如高溫、高壓下，內(nèi)潤滑劑會被擠壓出來而成為外潤滑劑。
在塑料薄膜的生產(chǎn)中，我們還會遇到一些粘連現(xiàn)象，比如在塑料薄膜生產(chǎn)中，兩層膜不易分開，這給自動高速包裝帶來困難。為了克服它，可向樹脂中加入少量增加表面潤滑性的助劑，以增加外部潤滑性，一般稱作抗粘連劑或爽滑劑。一般潤滑劑的分子結(jié)構(gòu)中，都會有長鏈的非極性基和極性基兩部分，它們在不同的聚合物中的相容性是不一樣的，從而顯示不同的內(nèi)外潤滑的作用。按照化學(xué)組分，常用的潤滑劑可分為如下幾類：脂肪酸及其酯類、脂肪酸酰胺、金屬皂、烴類、有機(jī)硅化合物等。
潤滑劑在塑料的實際加工中具有多種效能，例如在混煉、壓延加工時，能防止聚合物粘著料筒，抑制摩擦生熱，減小混煉轉(zhuǎn)矩和負(fù)荷，從而防止聚合物材料的熱劣化。在擠出成型時，可提高流動性，改善聚合物料與料筒和模具的黏附性，防止并減少滯留物。另外還能改善薄膜的外觀和光澤。
展開 《AFM》龔建萍團(tuán)隊受藤壺蛋白啟發(fā)，開發(fā)堅韌、牢固、持久、可循環(huán)的凝膠黏附劑
膠粘劑為液體溶液，需要固化過程才能在水中實現(xiàn)界面鍵合。帶狀膠粘劑是固體材料可以直接粘附在水下的基材上。膠粘型膠粘劑的粘合強(qiáng)度通常很強(qiáng)（> 100 kPa），但固化時間較長（數(shù)小時至數(shù)天），因而無法重復(fù)使用。帶狀膠粘劑是即時且可重復(fù)使用的，但由于水的水合層削弱了界面處的非共價相互作用，其粘合強(qiáng)度通常較弱（<50 kPa）。開發(fā)在水中牢固、即時、可重復(fù)和持久粘合的粘合劑仍然是粘合科學(xué)和工程學(xué)的一個挑戰(zhàn)。
通常，可重復(fù)、牢固的粘合既需要界面處的強(qiáng)非共價相互作用，又需高韌性的塊狀材料。優(yōu)良的粘合材料需要斷裂應(yīng)力大、可拉伸度（σc）高、斷裂應(yīng)變（εc）高、且界面結(jié)合強(qiáng)度（σa）大于屈服應(yīng)力（σy）(圖 1a)。對于水凝膠粘合劑，水凝膠需要在水中的溶脹平衡狀態(tài)下保持可拉伸和堅韌，而在脫粘過程中無內(nèi)聚破壞。此外，水凝膠應(yīng)與基底表面應(yīng)形成強(qiáng)物理相互作用。盡管已經(jīng)開發(fā)出堅韌的水凝膠和強(qiáng)粘附性聚合物，但是將它們組合成一種水凝膠仍然具有挑戰(zhàn)性。藤壺的水泥蛋白（CPs）僅由氨基酸組成（圖 1b），在整塊CP（CP52K和CP100K）中，陽離子Arg和Lys以及芳香族Phe和Tyr的濃度相對較高，強(qiáng)疏水相互作用和陽離子-π相互作用增強(qiáng)了內(nèi)聚強(qiáng)度。在界面（CP19K和CP68K）處，CP含有大量的陽離子Lys和疏水性氨基酸。據(jù)推測，在鄰近疏水氨基酸的協(xié)同作用下，陽離子Lys與帶負(fù)電的巖石表面形成強(qiáng)靜電相互作用，從而使其具有強(qiáng)粘附力。
受藤壺CP的啟發(fā)，日本北海道大學(xué)龔建萍團(tuán)隊開發(fā)了對各種基材具有可重復(fù)、牢固的水下附著力的（ATAC-co-PEA）水凝膠。水凝膠由陽離子2-（丙烯酰氧基）乙基三甲基氯化銨（ATAC）和芳族丙烯酸2-苯氧基乙基丙烯酸酯（PEA）單體的交聯(lián)共聚物組成，它們分別模擬CP中的陽離子和疏水氨基酸（圖 1c）。
展開 西北大學(xué)于游教授課題組《Adv. Funct. Mater.》：任意表面的高效與抗疲勞粘接
另一方面，其粘接性能依賴于粘接劑本身的力學(xué)強(qiáng)度和韌性、與表面相互作用力大小以及界面處的應(yīng)力耗散效率。眾多研究發(fā)現(xiàn)韌性聚合物水凝膠是用作界面粘合的理想材料之一，不過要實現(xiàn)任意非選擇性表面的快速、高強(qiáng)與耐疲勞粘接仍然是一個值得思考的問題，特別是如何完成復(fù)雜2D/3D材料或器件之間的高效粘接對發(fā)展生物與柔性電子等有著重要的參考意義。
針對上述問題，西北大學(xué)于游課題組報道了一種新的任意表面高效粘接策略，所用粘合劑綜合性能優(yōu)于普通商業(yè)產(chǎn)品（502、ergo等），成本僅為其二十五分之一。借助快速正交化的化學(xué)反應(yīng)途徑，粘合劑在自身固化為韌性聚合物凝膠的同時，可進(jìn)一步與表面通過共價鍵合的方式形成強(qiáng)粘附作用，僅需5到50秒即可實現(xiàn)任意表面的高效強(qiáng)粘接 (~3,000 J m-2)。粘接界面在數(shù)千次大形變過程中仍然保持良好的耐疲勞特性(600 J m-2)、力學(xué)與電學(xué)穩(wěn)定性等。同時其還適用于水下操作以及各種破損的及時修復(fù)，可在-200到150攝氏度范圍內(nèi)正常使用。另外，該類粘合劑具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和固化可控性，可通過涂覆/打印等方式實現(xiàn)更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計和界面強(qiáng)粘附。該策略豐富了高性能聚合物凝膠研究內(nèi)容，也為理解和發(fā)展界面高效粘接提供了參考路線。
相關(guān)研究以“Printable Tough Adhesive for Instant Fatigue-Resistant Bonding of Diverse Surfaces”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，并申請國家發(fā)明專利一項。化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院博士研究生柳具盆為文章第一作者，于游教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金等項目資助。
展開 一文帶你了解復(fù)合材料：復(fù)合材料的種類、加工及應(yīng)用
混雜復(fù)合材料的性能取決于多種因素;這些因素包括纖維載荷、纖維的排列和取向、纖維的分散、纖維尺寸以及纖維與聚合物基體或基體之間的界面粘附。混合可以通過結(jié)合合成纖維和合成纖維、合成纖維和天然纖維、天然纖維和天然纖維以及在增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料中加入納米填料（如納米粘土、碳納米管、石墨片和金屬氧化物納米顆粒）來實現(xiàn)。
復(fù)合材料加工：
聚合物復(fù)合材料有許多加工技術(shù)。這些方法包括溶劑鑄造、熔融復(fù)合、壓縮成型、注射成型、擠壓成型等。選擇一種特定的加工方法取決于所需的應(yīng)用、聚合物的類型和要使用的增強(qiáng)材料。
1. 溶劑鑄造法：
這種方法被廣泛用于制備生物復(fù)合材料，它需要少量的聚合物基體和增強(qiáng)材料。在這種方法中，聚合物被溶解在一個合適的溶劑系統(tǒng)中。溶解后，加入增強(qiáng)材料以制備均勻的混合物。當(dāng)達(dá)到均勻性時，通過汽化或沉淀去除溶劑，形成薄膜。該方法實現(xiàn)了增強(qiáng)材料在聚合物基體中的均勻分布和良好分散。
2. 熔體復(fù)合法:
到目前為止，這是生物復(fù)合材料工業(yè)加工中最普遍的方法。這個過程涉及到聚合物基體和增強(qiáng)體的直接混合。在這種方法中，干燥的聚合物和增強(qiáng)體都被混合、壓縮和加熱，并通過一個高壓系統(tǒng)。它采用自上向下的方法在混合過程中分解聚集的加固物。該工藝更適用于納米和亞微米級增強(qiáng)材料體增強(qiáng)生物復(fù)合材料的開發(fā)。通過采用高剪切應(yīng)力結(jié)合高溫下的擴(kuò)散來獲得增強(qiáng)物的分散。
3. 壓縮成型：
這種技術(shù)涉及到在壓縮壓力下通過加熱半成品材料進(jìn)行模塑成型，直到生產(chǎn)出最終產(chǎn)品。它通常是在不同的壓力和溫度下進(jìn)行的，這取決于所使用的聚合物。該技術(shù)具有成型半成品量大、可重復(fù)性高、周期時間短、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。
4.
展開 
《AFM》：一種自界面柔性熱器件！
根據(jù)傅立葉定律：Q=ΔT/Rtc=G ΔT, 即在給定的溫度梯度(ΔT)下，通過接觸界面的熱通量(q)與接觸熱阻(TCR)直接相關(guān)。而在各種熱傳輸設(shè)備中，使接觸的兩個物體邊界處的接觸熱阻(TCR)最小化是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的熱接觸方法有幾個局限性，如TCR高，界面粘附性低，對外部壓力的要求高，以及光學(xué)透明度低。
來自蔚山國立科學(xué)技術(shù)研究所的學(xué)者提出了一種自對接柔性熱器件(STD)，它可以在不需要外壓或表面修飾的情況下與平面和非平面基板形成堅固的范德華機(jī)械接觸和低阻熱接觸。該設(shè)備基于一種獨特的結(jié)構(gòu)，它結(jié)合了生物靈感粘合劑結(jié)構(gòu)和由滲銀納米線(AgNW)網(wǎng)絡(luò)形成的熱傳輸層。該器件對靶材具有很強(qiáng)的附著性(最大538.9 kPa)，同時在不使用外壓、熱界面材料或表面化學(xué)物質(zhì)的情況下，以較低的TCR(0.012m2 K kW?1)情況下促進(jìn)了接觸界面的熱傳輸。
展開 上海科技大學(xué)凌盛杰課題組《Adv. Mater.》：具有阻燃報警功能的蠶絲納米纖維基離子導(dǎo)體皮膚
同時，所制備的納米纖維膜在濕度誘導(dǎo)下還可實現(xiàn)在木片、塑料、紙片等界面的粘附，其黏附牢度與商用雙面膠相當(dāng)（圖2）。
圖2 不同濕度環(huán)境處理下（a）絲蛋白/石墨烯離子導(dǎo)體納米纖維膜的力學(xué)性結(jié)構(gòu)變化能與（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化；（c，d）所制備的納米纖維膜的黏附性能。
此外，所制備的納米纖維膜顯示出良好的阻燃性能。其在接觸火焰時無熔滴、無二次火焰產(chǎn)生，在離開火焰時不發(fā)生續(xù)燃。研究者進(jìn)一步對所制備材料的熱學(xué)性能進(jìn)行了分析，并解釋了其良好的阻燃性歸功于材料在接觸明火時的水分蒸發(fā)散熱、燃燒氛圍的不燃?xì)怏w稀釋、致密層助燃?xì)怏w隔絕以及引入鹵素的自由基淬滅效應(yīng)（圖3）。
圖3 （a）絲蛋白/石墨烯離子導(dǎo)體納米纖維膜的阻燃性能測試；（b）材料的阻燃機(jī)理；（c）絲纖維、絲蛋白離子導(dǎo)體、絲蛋白/石墨烯離子導(dǎo)體纖維的TGA曲線；（ｄ）絲蛋白/石墨烯離子導(dǎo)體纖維與（e）絲蛋白纖維的TGA-MS曲線
根據(jù)所制備的絲蛋白/石墨烯離子導(dǎo)體納米纖維膜良好的阻燃及粘附性能，可將其貼附于物體表面實現(xiàn)火情下的阻燃防護(hù)（圖4a）。同時因所制備的納米纖維膜具有的良好的溫濕度變化響應(yīng)性能，可將其接入電信號監(jiān)測系統(tǒng)，在遇明火時實現(xiàn)火情抑制并迅速且穩(wěn)定傳遞出特征信號，從而達(dá)到防護(hù)與預(yù)警同步的功能（圖4b）。由此開發(fā)了一套具有本地-云端-移動終端聯(lián)動的火情預(yù)警系統(tǒng)，材料可在接觸火焰后2s內(nèi)迅速觸發(fā)報警機(jī)制，實現(xiàn)三終端同時報警的功能（圖4c-d）。
展開 Science子刊：涂點粉，加點水，2秒就讓傷口愈合、止血？
最近的研究，人們開發(fā)了一種可以吸收或去除界面水，與組織形成緊密接觸的粘合材料。貽貝和沙堡蠕蟲等海洋生物分泌的生物粘合劑表明，復(fù)雜的凝聚物可以在潮濕的基質(zhì)上形成強(qiáng)烈的粘附，因為它們具有類流體和水不混溶的特性。眾多研究表明，去除濕組織的界面水是實現(xiàn)濕附著的有效途徑。另一方面，Yang等人開發(fā)了一種拓?fù)?em>粘附策略，通過使用拼接聚合物溶液來促進(jìn)界面粘附。將拼接聚合物溶液在兩種軟材料之間鋪展后，聚合物分子可以擴(kuò)散到兩種材料的聚合物網(wǎng)絡(luò)中，形成新的網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致兩種軟材料之間的粘附性較強(qiáng)。
在本研究中，研究者報道了一種聚亞胺/聚丙烯酸(PEI/PAA)粉末，它可以在2秒內(nèi)，通過吸收界面水在濕組織上原位形成物理交聯(lián)水凝膠。此外，物理交聯(lián)聚合物可以擴(kuò)散到底物聚合網(wǎng)絡(luò)中，增強(qiáng)在各種組織上的濕粘附，如雞皮、豬心臟、豬胃和腸黏膜。實驗結(jié)果表明，PEI/PAA粉劑能有效封閉體外損傷的豬胃和腸組織，促進(jìn)大鼠胃穿孔愈合。PEI/PAA膠粘劑粉末，具有成本低、適應(yīng)不規(guī)則形狀靶點的能力強(qiáng)、易于通過輔助設(shè)備傳遞、粘附性強(qiáng)、細(xì)胞相容性好等優(yōu)點，是一種很有前途的生物膠粘劑，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。
圖1 PEI/PAA水凝膠的制備及性能研究。
圖2 PEI/PAA粉末的濕附著力。
圖3 PEI/PAA粉末在各種濕基板/組織上的附著力。
圖4 PEI/PAA粉末的纏繞密封和裝置錨固性能。
圖5 PEI/PAA粉增強(qiáng)胃穿孔的封閉和愈合。
綜上所述，研究者制備了自膠黏的PEI/PAA粉末。
展開 塑料3D打印的可持續(xù)性挑戰(zhàn)和未來前景
當(dāng)填充物比聚乳酸更硬更強(qiáng)時，聚乳酸填充長絲的機(jī)械性能明顯低于基于填充物貢獻(xiàn)的理論預(yù)期的最大值，我們將這一缺陷主要歸因于聚乳酸和填充物之間的孔隙和不完善的界面粘附。
未填充和填充的SPs在增材制造中的現(xiàn)有和可能的應(yīng)用包括愛好、原型制作、教育、家具、醫(yī)藥/保健、建筑、施工、消費品、汽車和藝術(shù)。
用于增材制造的實驗性可持續(xù)塑料
正在進(jìn)行的用于增材制造的SPs的研發(fā)工作在創(chuàng)造力和數(shù)量上都是引人注目的，一方面利用古老的材料，如竹子和軟木，另一方面利用新材料，如纖維素納米纖維和膠原蛋白水凝膠。顯然，不是所有的想法和創(chuàng)新都會取得商業(yè)上的成功，但這項研發(fā)工作背后的廣泛想法證明，3D打印技術(shù)，特別是那些基于擠壓的技術(shù)，允許以時間和成本效益的方式進(jìn)行新原料的實驗。已經(jīng)有許多實驗性的增材制造的SPs，表3只包括其中的一個樣本。Paesano（2022）描述了它們的綜合數(shù)量，以及它們的特性、使用的增材制造工藝和應(yīng)用。
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