MIT取得重大突破：粘合面强度的定量评估成为可能

在现代化的生活中，我们到处可以见到用环氧树脂和其它强力胶粘牢牢站在一起的东西——牙冠、建材无不如此。但是学术界向来无法很好的研究粘合剂开裂和失效，因为此类研究难度不小。人们一只想弄清楚如何才能有效阻止开胶。

现在麻省理工的研究人员终于找到了一种可以直接对粘合失效进行研究的手段，结果证实湿度对开胶的影响很大。撰写该研究的是麻省理工学院的民用和环境工程学教授Oral Buyukozturk和Markus Buehler，研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

“粘合失效问题在许多学科中都普遍存在，尤其是医药学和牙科学上，”研究基础设施的Buyukozturk说，“基础材料和环氧树脂的接触面决定了粘合效果。如果接触面较弱，整个系统的粘合力就不好。”

“有的建材是用两种强韧且耐用性高的材料粘合构成的，”Buyukozturk又说，“但是粘合部位不需要强韧也不需要耐用。”

除了牙齿植入物和关节替换手术，粘合对诸如纤维加固聚合物和钢筋混凝土等建筑材料也十分重要。不过虽然粘合剂很普遍，要理解粘合剂的失效原理却不容易。

材料有标准的强度测试法和结构失效测试法，但是粘合面比起建材，建模的难度更大。Buyukozturk说他们试过用标准的建材测试模型来测试粘合面随着湿度的衰退变化，但是无法适用，如果要建模，必须在分子级水平建模。

Buyukozturk说系统暴露在湿气中时粘合面会进入新分子，这会对粘合机理造成影响。如何评估粘合强度受湿气影响的大小？为了解决这个问题，Buyukozturk的团队提出了一种创新型的方法。

团队同时运用了分子模拟和实验室测试作为评估的依据。分子级模拟模型以分子间相互作用力为基础运作，所用并非经验数据。

在实验室测试中，Buyukozturk和同事将一层金属层用粘合剂粘住，然后用力撕开，在此过程中对金属层中的残留应力进行控制。“我们确认了这种测试法确实有效，测试显示湿气确实有降解粘合剂的效果。”他说。

这几项发现可以有助于科学家开拓出防止湿气进入粘合层的新方法，也许这点可以通过使用更好的密封剂实现。Buyukozturk说对于粘合剂来说，湿气是头号敌人。

“我认为这项研究在评估粘合程度的问题上迈进了重要的一步，可以让我们设计出更耐用的建材，”他说，“从此我们对粘合面有了如何定量分析的知识。——比如，给定条件下我们可以预测出某种给定的粘合剂最终会丧失30%的粘合强度。”

Buyukozturk说粘合接触面失效是个普遍问题，在许多领域都存在这种问题，机械设备、生物医药、建筑材料、航空器材、电子设备、包装和电子原件中都存在粘合面失效的问题。

他说：“我觉得这项发现会有非常广泛的应用。”