德国:超疏水仿生纤维粘合材料的研发

最近，德国马克斯普朗克智能系统研究所的科学家开发了一种仿生纤维粘合材料，这种材料具有超强的疏液性，同时保持其粘合性能。它有望在未来的生产和生活中广泛应用于各种液体覆盖表面。

壁虎脚垫有微米或纳米尺度的微纤毛阵列，顶端的毛发分叉，使它们能够容易地爬上各种表面，如玻璃和墙壁。这种优异的粘附能力基于分子间力等原理。在过去的十年中，基于仿生模拟的纤维粘接系统得到了发展，但有一个问题没有得到解决，即如果接触界面中存在液体，将会影响粘接性能。现在，德国科学家通过蘑菇状纤维设计解决了这个问题。

仿生纤维粘合材料在粘合中使用分子间力(也称为范德华力)。只有当仿生纤维表面和物体表面达到接近分子水平的接触水平时，两者之间才能产生足够的范德华力来保持结合性能。如果在接触界面处有液体，例如油，因为表面张力低，油会迅速润湿表面，并且通常会在细纤维上和之间扩散，导致它们聚集在一起并失去粘附力。

马克斯普朗克智能系统研究所的威尔勒里玛泰宁博士和迈丁西提教授以及其他人已经专门开发了一种具有超强疏水性能的仿生纤维粘合材料。利马泰宁博士说：“我们已经开发了一种特殊的蘑菇状绒毛结构。这种材料不仅防水，还能有效地排斥任何液体，包括油，并始终保持附着力。”

纤维尖端的精致设计是这种材料耐油性的关键。在材料制造过程中，科学家使用了双光子激光光刻技术。Liimatainen博士解释道：“即使在表面张力非常低的情况下，纤维顶端的T形突出物(像蘑菇一样)也能支撑液体，这就是获得超疏水性能的原因。”纤维尖端的这个T形突出部分的高度约为40微米，帽的直径约为28微米，帽下面的最小直径约为10微米。这种结构使得防止液体在两根纤维之间滑动成为可能，因为当液体分散到纤维尖端时，表面张力具有向上的分量。

本研究结合蘑菇状纤维阵列的有效粘附原理和基于双凹角纤维尖端几何形状的疏液性，使纤维尖端表面保持光滑以获得高的干粘附性，不涉及表面化学改性，并具有弹性和可拉伸性。西提教授补充道：“壁虎启发的纤维粘合材料现在可以附着在任何潮湿的表面而不会失去附着力。例如，攀爬机器人将能够使用这种粘性材料来攀爬潮湿的玻璃板。在工业应用中，涂有这种材料的机器人可以抓住任何被液体覆盖的物体，然后把它放下。