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导语 智能黏附材料因其可控的黏附性能而被广泛应用于攀爬机器人、驱动器、伤口敷料、生物电子学等领域。然而已有的智能黏附体系存在诸多缺点，如内聚力介导的可逆黏附材料通常依赖于可切换的机械性能，这也带来了黏附界面残留的缺点。界面的共价交联或接触表面之间的分子链纠缠可以有效提高界面黏附，然而在去黏附过程中，较高的键能通常伴随着高的解离能量和长的解离时间。 非共价键，如范德华力、氢键、配位键或阳离子-π等，能够与表面形成可逆的相互作用，在实现无残留物、快速可调、可切换的黏附材料方面具有较大的潜力。在过去几十年中，基于非共价相互作用，依靠界面的接触来控制微观尺度、介观尺度甚至宏观尺度上的可逆黏附方面已经取得了可观的进展。对于在微观尺度上的设计，典型的代表是基于仿贻贝邻苯二酚官能基团的可逆调控；而对于介观尺度，微/纳米结构可以影响该尺度的有效接触，从而调控黏附；类似于壁虎的自剥离，宏观尺度的黏附大多与材料的大形变有密切关系。 单一尺度的接触变化很难实现界面大跨度的黏附控制，甚至其他尺度上不可控/混乱的接触可能会削弱单一尺度规律的接触调控。因此，在附着/分离期间实现超低黏附（润滑）和高黏附状态之间的大跨度调控对于简单的、单一尺度的固-固接触而言是困难的，动态多尺度接触的耦合协同作用是大跨度黏附调控的必由之路。
前沿科研成果 基于动态多尺度接触耦合的“黏-滑”调控 要点一：提出了多尺度接触协同作用，实现大跨度黏-滑调控
图1. 黏-滑切换水凝胶的机理 （来源：Nature Communications） 要点二：探究了介观尺度接触与黏附的关系，高低温的接触速率相差100倍
图2. 水凝胶介观尺度接触演变规律 （来源：Nature Communications） 要点三：实现了超大的黏附跨度，黏附开关比~240倍
图3. 不同类别的智能黏附系统 （来源：Nature Communications） 总结： 该团队利用分子构象重排、模量调控和粗糙度变化，建立了基于微观尺度和介观尺度协同作用的动态多尺度接触系统，发展了一种可逆地、动态地和快速地在黏附和润滑状态之间切换的智能表面构筑方法。该多尺度黏附机制对智能黏附材料的设计和制备具有一定的指导意义。 论文第一作者为中科院兰州化物所博士生张芝芝，论文通讯作者为中科院兰州化物所周峰研究员和马延飞助理研究员。中科院兰州化物所为论文第一完成单位，该研究得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划和山东省自然科学基金重点研究项目等的资助。 论文信息： 参考文献：Zhang, Z., Qin, C., Feng, H. et al. Design of large-span stick-slip freely switchable hydrogels via dynamic multiscale contact synergy. Nat. Commun. 13, 6964 (2022). |
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