近日，德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所科學(xué)家研發(fā)出一種仿生纖維粘合材料，在保持粘合性能的同時(shí)具有超疏液性，未來有望在生產(chǎn)生活中廣泛用于各種被液體覆蓋的表面。
壁虎腳墊上具有微米或納米級(jí)的微纖毛陣列，頂端還有絨毛分叉，使它們能夠輕松地在玻璃和墻壁等各種表面上攀爬。這種出色的附著能力基于分子間作用力等原理。近十多年來，在此基礎(chǔ)上仿生模擬研發(fā)出的纖維粘合系統(tǒng)得到發(fā)展，但有個(gè)問題一直沒解決，即接觸界面如果有液體，就會(huì)影響粘合性能。現(xiàn)在，德國科學(xué)家通過蘑菇狀的纖維設(shè)計(jì)解決了這一難題。
仿生纖維粘合材料在粘合中利用的是分子間作用力(又稱范德華力)。仿生纖維表面和物體表面要達(dá)到接近分子級(jí)別的接觸，兩者之間才能產(chǎn)生足夠的范德華力，保持粘接性能。如果接觸界面有液體，例如油，因?yàn)楸砻鎻埩Φ?，油可以迅速潤濕表面，通常?huì)散布在纖維細(xì)毛上和細(xì)毛之間，使它們聚在一起并失去粘合力。
馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所的維勒·利馬泰寧博士和梅丁·西蒂教授等人針對(duì)性地研發(fā)出一種具有超疏液性的仿生纖維粘合材料。利馬泰寧博士介紹說：“我們開發(fā)出特殊的蘑菇形絨毛結(jié)構(gòu)，這樣的材料不僅可以排斥水，而且可以有效地排斥任何液體，包括油，并且始終保持粘合力”。
纖維尖端的精致設(shè)計(jì)是這種材料可以抗油的關(guān)鍵。在材料制造過程中，科學(xué)家使用了雙光子激光光刻技術(shù)。利馬泰寧博士解釋說：“即使在表面張力非常低的情況下，纖維尖端的T形懸垂(類似蘑菇)也可以支撐住液體，這是實(shí)現(xiàn)超疏液性的原因。”纖維尖端這一T形懸垂的高度約為40微米，帽的直徑約為28微米，帽下方最小直徑約為10微米。這樣的結(jié)構(gòu)使得液體散布到纖維尖端時(shí)，由于表面張力具有向上的分量，可以防止液體在兩根纖維之間滑落。
該研究結(jié)合了蘑菇形纖維陣列的有效粘附原理和基于雙凹角纖維尖端幾何形狀的疏液性，使纖維尖端表面保持光滑，以獲得很高的干附著力，并且不涉及表面化學(xué)修飾，具有彈性和可拉伸性。西蒂教授補(bǔ)充說：“受壁虎啟發(fā)的纖維粘合材料現(xiàn)在能夠粘附到任何潮濕的表面上而不會(huì)損失粘合力。例如，攀爬機(jī)器人將能夠使用這種粘合材料來攀爬濕玻璃板。工業(yè)應(yīng)用上，涂有這種材料的機(jī)器人手，可以抓住任何被液體覆蓋的物體，然后再放下。”
