粘附行為不僅影響設(shè)備和結(jié)構(gòu)的功能和性能，還直接決定了系統(tǒng)的可靠性。作為衡量粘附性能的重要指標(biāo)，粘附耐久性對各種粘附系統(tǒng)的服役壽命和魯棒性起著決定性作用。然而，物體在表面上能夠持續(xù)粘附多久是一個(gè)持續(xù)了數(shù)個(gè)世紀(jì)的謎題，這歸因于其復(fù)雜的影響因素及粘附壽命的長時(shí)間跨度—從幾毫秒（例如液滴撞擊、變色龍捕食和壁虎攀爬）到幾秒（機(jī)器人運(yùn)動(dòng)）、幾分鐘（機(jī)器人抓手和微納組裝）、幾小時(shí)/幾周（醫(yī)用貼片和敷料）、幾個(gè)月/幾年（可穿戴設(shè)備、復(fù)合材料和藻類污染）、甚至數(shù)個(gè)世紀(jì)（如基礎(chǔ)設(shè)施的加固）。即便在現(xiàn)今，精準(zhǔn)預(yù)測長期尺度下的粘附壽命仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。盡管學(xué)者們已進(jìn)行了大量的耐久性測試和試驗(yàn)，并發(fā)展了相應(yīng)的理論模型來解釋粘附失效機(jī)理并進(jìn)行壽命預(yù)測，但大多數(shù)理論僅提供經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式，往往局限于特定工況或應(yīng)用場景，未能深度探討潛在的力學(xué)機(jī)理。此外，現(xiàn)有基于物理機(jī)制的相關(guān)基礎(chǔ)研究往往只關(guān)注裂紋擴(kuò)展引起的快速脫粘，僅適用于界面粘彈性耗散主導(dǎo)的短期粘附行為，無法解釋諸如掛鉤失效等長期粘附后的突然脫粘現(xiàn)象，更難以準(zhǔn)確預(yù)測長時(shí)間尺度下的粘附壽命。
相關(guān)研究以“Long-term adhesion durability revealed through a rheological paradigm”為題發(fā)表在Science 子刊 Science Advances上。夏焜校長講席教授、高華健院士、王冠楠研究員為論文共同通訊作者；新加坡南洋理工大學(xué)博士后研究員令狐昌鴻（導(dǎo)師高華健院士和夏焜校長講席教授）為本文第一作者；浙江大學(xué)吳銳博士（導(dǎo)師王冠楠研究員）、新加坡南洋理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士（導(dǎo)師夏焜校長講席教授）為論文共同第一作者。其他作者包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科生和新加坡南洋理工大學(xué)暑研學(xué)生陳煜晴、浙江大學(xué)博士生黃玉麟、新加坡南洋理工大學(xué)本科生 Young Jae Seo、新加坡南洋理工大學(xué)李華教授。
圖1. 自然界和日常生活中觀察到的三種典型脫粘方式。(a) 裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的立刻脫粘：細(xì)小的沙粒粘附在指尖，在抬起指尖時(shí)通過裂紋擴(kuò)展方式迅速脫粘。(b) 蠕變脫粘：一個(gè)負(fù)載4.5千克礦泉水的掛鉤粘附在櫥柜底部，經(jīng)過一段穩(wěn)定粘附時(shí)間后突然脫落。(c) 永久粘附：古人使用礦物顏料創(chuàng)作的在巖畫作品留存了數(shù)萬年。即使在今天，通過掃描電子顯微鏡仍能清楚地觀察到顏料顆粒牢固地粘附在巖石表面。
原文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt3957
作者簡介：
令狐昌鴻
新加坡南洋理工大學(xué)博士后研究員（導(dǎo)師高華健院士和夏焜校長講席教授）。
浙江大學(xué)工程力學(xué)學(xué)士和固體力學(xué)碩士（導(dǎo)師宋吉舟教授）、新加坡南洋理工大學(xué)固體力學(xué)博士（導(dǎo)師高華健院士和夏焜校長講席教授）。長期致力于智能界面粘附力學(xué)及其應(yīng)用、軟物質(zhì)力學(xué)、斷裂力學(xué)研究。研究主要基于界面力學(xué)、物理和化學(xué)原理，揭示不同條件下界面粘附強(qiáng)度強(qiáng)弱控制的機(jī)理，探索界面粘附強(qiáng)度調(diào)控的規(guī)律；并基于此，利用智能材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研發(fā)自適應(yīng)界面粘附系統(tǒng)，集成并應(yīng)用于機(jī)器人、機(jī)械手、無人機(jī)、智能可穿戴、柔性電子器件、微納組裝、巨量微轉(zhuǎn)移、生物醫(yī)療、超材料、航空航天航海等領(lǐng)域。在JMPS、EML、IJSS、PNAS、National Science Review、Science Advances、Nature Communications、npj Flexible Electronics、Advanced Functional Materials、Soft Matter等國際知名期刊上發(fā)表SCI論文30多篇，于Elsevier發(fā)表專著一章。授權(quán)中國國家發(fā)明專利7項(xiàng)，實(shí)用新型專利6項(xiàng)，申請國際專利2項(xiàng)。同時(shí)，擔(dān)任國際期刊 Int. J. Smart. Nano. Mater. 的青年編委，以及JMPS、Sci. Adv.、Adv. Funct. Mat.、Adv. Intell. Syst.、Adv. Robot. Res.、EML、IJMS 、Research、The Innovation 等十多本SCI期刊的審稿人。
吳銳
浙江大學(xué)博士，導(dǎo)師王冠楠和徐榮橋教授。主要從事界面粘附力學(xué)及其應(yīng)用、結(jié)構(gòu)加固分析和復(fù)合材料理論研究。在Science Advances、IJMS、Composite Structures、Engineering Structures等國際知名期刊上發(fā)表SCI論文9篇。曾獲得國家獎(jiǎng)學(xué)金等獎(jiǎng)勵(lì)榮譽(yù)。2022-2023年獲得國家留學(xué)基金委資助赴新加坡南洋理工大學(xué)機(jī)械與航空工程學(xué)院夏焜教授課題組聯(lián)合培養(yǎng)。
- 許元澤教授：流變學(xué)范式的進(jìn)化和當(dāng)前的挑戰(zhàn) 2013-04-26
