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创新科研 | 仿生学对研究粘接技术的启发

日期:2019/10/18

神奇的大自然赋予人类太多灵感,让人们拥有更多思路去探索美好的世界。如人类从蝙蝠触觉发明了雷达,从蚊子锯齿的口器中发现了无痛针筒的改进方法,从蜻蜓翅痣改良了直升飞机的颠振等经典的案例。胶粘剂行业也有类似仿生学经典的创新。

胶粘工程师们从自然界的动植物的结构与功能得到启发,进行了相关仿生学粘接材料的研究也探寻。


 

 

一,壁虎脚趾抓墙到可逆粘接的研究与思考

 

壁虎脚趾能吸附各种基材,甚至在光滑的玻璃表面也可迅速的爬行,且保持高效、可逆、自清洁的粘接作用。经对壁虎脚趾宏观、介观、微观、纳观的不同层次结构的研究,发现在脚趾末端有50多万根刚毛,且每一根刚毛上附着几十万根细刚毛,而这些刚毛的多尺度微纳结构与基材表面间形成的范德华力,是实现壁虎游墙爬行的关键因素。不同部位的细刚毛密度不同,是阻止或释放相邻刚毛间发生粘接的主要原因,且这粘接不受环境、基材影响。同时,对甲虫、蜘蛛、蚊子等动物的研究,均验证了这一结论。根据范德华力原理,粘接力仅与刚毛尖端的大小与形状有关,与表面化学性质无关。这一发现,针对胶水实现可逆粘接的研究指明了方向,等待胶粘工程师们去突破创新。


 

 

 

二,海蛎、藤壶等海洋生物与永久粘接的研究与思考

 

海蛎、藤壶、贻贝等海洋生物分泌物蛋白能永久粘接在船底、石头之上,其具有较强的耐水、耐候性,且无毒、环境友好。经科学家研究发现,这些分泌物中有不同含量的DOPA(L-3,4-二羟基苯氨酸),且在DOPA中,有儿茶酚基团和赖氨酸,其化学活性高,其在浸润金属、石材、木材、塑料等疏密表面与非疏密表面间均能形成可逆的非共键作用,PH升高情况下,非共键减弱,形成不可逆的共价键,亦实现了在任何表面上发生了永久性粘接的功能。目前,从海洋生物中提取的这种粘接蛋白并在酸碱变化的情况,能实现可控的粘接过程,已被商业化应用了。利用此原理也在启发着工程师们如何寻找新型的粘接材料。


 

 

三,爬山虎植物界的粘接高手

 

爬山虎其藤茎可生长爬行至数十米之高,无论风吹雨晒,粘接力不凡。据科学家们研究发现,爬山虎吸盘能够分泌一种粘性化合物——酸性粘多糖,其与基材结合时会发生化学结合,从而实现吸盘粘接于基材表面。目前此种研究成果的利用价值还未充分展现出来,期待科学家们和工程师们共同努力,为美好生活创新更有价值的胶粘剂产品。

 

总之,神奇的生物孕育着太多等待着人们去探索的奥秘。我们期待这些奥秘孕育的原理能启发我们创新更健康,更高效的胶粘剂产品。

 

仿生学对你有哪些启发呢?

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