牢固的界面黏附是柔性電子器件輸出逼真信號的重要保證，尤其是在水下場景的應(yīng)用中。然而傳統(tǒng)的自黏材料通常存在水下黏附失效、黏附力和內(nèi)聚力之間的沖突、以及各向同性黏附和黏附劑殘留等諸多問題，這極大地限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。另外，強(qiáng)的黏附力通常要求黏附劑同時(shí)滿足三個(gè)原則，即最大化黏附劑與基材的接觸面積、黏附劑與基材的相互作用以及黏附劑內(nèi)聚力。第一種情況要求聚合物鏈具有高動(dòng)態(tài)性，使黏附劑能夠在基材表面易于流動(dòng)和鋪展。第二種情況則通常要求特殊的表面處理，以實(shí)現(xiàn)牢固的界面粘合。而最后一種情況則需要充分的物理或化學(xué)交聯(lián)，使黏附劑在遭受外力時(shí)能維持聚合物網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和完整性。然而，這些因素往往相互制約，因此高機(jī)械強(qiáng)度和高黏附強(qiáng)度似乎非此即彼。
為了同時(shí)滿足上述要求，近日，四川大學(xué)金勇教授團(tuán)隊(duì)通過兩步堆疊法開發(fā)了一種具有非對稱黏附功能的疏水結(jié)構(gòu)凝膠。帶有長脂肪鏈的疏水黏附層借助聚合物鏈的高流動(dòng)性、多重界面相互作用以及對界面水合層的有效清除，實(shí)現(xiàn)了可靠的水下粘合（界面韌性超過 80 J m-2）。另一方面，由于靜電作用和離子偶極作用，含有疏水聚離子液體的疏水抗黏附層更加堅(jiān)韌，確保了結(jié)構(gòu)凝膠整體的機(jī)械性能（斷裂強(qiáng)度：625 kPa, 斷裂應(yīng)變：1191%, 韌性：3.89 MJ m-3）。這種非對稱異質(zhì)結(jié)構(gòu)也避免了由常見非必要黏附和黏附劑殘留引起的不良影響，便于了操作。 另外，基于該結(jié)構(gòu)凝膠的機(jī)械傳感器也被用于人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測和水下無線通訊，展現(xiàn)出了在柔性電子領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。
圖6.基于疏水結(jié)構(gòu)凝膠的無線傳感系統(tǒng)用于水下通訊。
該研究成果以題為“Janus Hydrophobic Structural Gel with Asymmetric Adhesion in Air/Underwater for Reliable Mechanosensing ”在《Advanced Functional Materials》上發(fā)表，第一作者為四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院博士生周榮，金勇教授為本論文的通訊作者。該項(xiàng)研究也得到了國家自然科學(xué)基金及四川省科技支撐計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202316687
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