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新方法使用“电黏附”连接软材料

来源:科技日报  


【资料图】

“手指机器人”可以通过电黏附选择性地“拾取”相反电荷的胶囊,然后通过反转极性来“放下”这些结构(视频截图)。图片来源:美国化学会

科技日报记者 张佳欣

美国马里兰大学研究人员在《ACS应用材料与界面》上发表的报告中称,现在有了一种全新的方法,不需要胶水即可将黏稠的东西“焊接”在一起。他们展示了一种通用的“电黏附”技术,只需通过电流就可以将软材料相互黏合在一起。

无论是黏合塑料、织物、木材还是其他材料,几乎总有一种胶水能派上用场。但当材料是柔软的,比如组织或人造器官,事情就会变得有点棘手。3D打印等策略可通过一次性将整个结构(如器官)融合在一起,完全不需要胶水,但这一过程缓慢又费力,也需要先进的技术设备。

另一种选择是电黏附,即使用电场将相反带电的材料保持在一起,在材料的组成部分之间形成连接。过程可能涉及化学键,如离子键,或更多的物理连接,如将聚合物链缠绕在一起,只需一个家用电池和铅笔芯即可。

研究小组测试了一种凝胶,以及3种由海藻酸盐或壳聚糖制成的胶囊。这两种胶囊都是天然存在的聚合物,要么带正电,要么带负电。当连接到石墨电极上并暴露在10伏特电场中约10秒时,相反带电的材料黏在了一起。

研究小组利用电黏附将毫米级的胶囊以3D方式组成了坚固的结构,这比任何替代技术更快速、更容易。这种连接力强到足以承受重力,且可能持续数年。此外,通过颠倒电力流动,这种连接力可被“破坏”,因此可消除和修复组装过程中的任何错误。

电黏附还可用于带电软物质的选择性分类。例如,“手指机器人”可通过电黏附选择性地“拾取”相反电荷的胶囊,然后通过反转极性来“放下”这些结构。

总的来说,此项研究展示了如何使用电场连接软物质而不需要黏合剂或胶水。研究人员表示,这证明了电黏附的普遍性,有朝一日可能会用于机器人和组织工程。

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