《先进材料》液晶弹性体表面可控的动态粘附行为
对于有着广泛应用的软质聚合物材料而言，关于其粘附性能的研究十分重要。在一定条件下可实现可逆粘/脱附的智能粘合剂，在家用、医用、制造业等有着更为广泛的应用，如便利贴等。压敏胶，一系列粘弹性聚合物如弹性体和凝胶等材料的应用方向之一，在较低外力下便可实现快速粘附，通过撕扯即可脱附。但是，该聚合物表面的性质相对固定，随外部环境变化不明显，与“智能粘合剂”有点出入。研究者们则提出两种思路来契合“智能粘合剂”：（1）表面拓扑结构的改性；（2）表面化学改性。两种思路均着眼于聚合物的表面性质，而较少留意到本体材料的粘弹特性。粘弹特性对材料的粘/脱附行为有着极为重要的影响，因此，这方面研究具有一定意义。
一般而言，宏观未取向的LCE（多畴相）呈各向同性，但依然保留液晶弹性体的某些性质如弹性模量、损耗因子等。而取向后的LCE（单畴相）则呈各向异性，当升高温度至“各向异性-各向同性”转变时，其形状亦同步发生相应的变化，即热致驱动。向列相LCE还有另一特殊的性质，软弹性，即损耗角的增加以及储存模量的降低，当材料处于液晶相时其所耗散的能量更高，曾有报道称这一粘弹行为与粘附性能有着密切的联系。
近日，日本国家先进工业科学技术研究所的Takuya Ohzono和剑桥大学的Eugene M. Terentjev提出利用向列相液晶弹性体（nematic LCE）在相变过程中粘附性能的同步变化来实现可逆的粘/脱附。通过测定不同温度及脱附速率的最大脱附力，发现向列相LCE的粘附强度对温度有极强的依赖性，而DMA、接触角等测试也证实了这种动态粘附性能是由于液晶相LCE的相变所引起的，相关成果以题目为“Enhanced Dynamic Adhesion in Nematic Liquid Crystal Elastomers”的研究论文发表在《Advanced Materials》上。
图文解析
图1 本文所用原料及与其他粘附材料的比较
图2 LCE的动态粘附性能
（a）测定最大脱附力的装置示意图及典型的力-时间图，其峰值力即为最大脱附力Fad；（b）不同相状态下LCE最大粘附力与脱附速度的关系；（c）一定脱附速率下最大脱附力与温度的关系，表明材料的粘附强度与其相转变行为息息相关。视频为动态粘附行为的演示。
图3 LCE的动态软弹性
（a）、（b）LCE的DMA与DSC测试及其动态转变的频率依赖性，表明了软弹性对损耗角与储存模量的影响
图4 压敏胶的比例因子（tan δ/G′）和频率的关系
tan /G’是有效评价压敏胶性能的通用参数
总结与展望
作者利用向列相LCE固有的粘弹性行为，实现了向列相LCE在相转变过程中粘附性能的可逆变化。由于相对较低的粘附强度，使得该材料适用于压敏胶，并可通调节其成分来调节相转变温度TNI、储存模量E’、损耗模量E’’及表面化学性质对材料实现更精细的调控。此外，向列相LCE的相变还可通过其他刺激诱导，如光、pH等。综上，所报道的可逆粘弹阻尼机制可广泛应用于智能粘合剂、居家、生物医药等领域。
参考文献
Ohzono, T., Saed, M. O., & Terentjev, E. M. (2019). Enhanced Dynamic Adhesion in Nematic Liquid Crystal Elastomers. Adv Mater, e1902642. doi:10.1002/adma.201902642
全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201902642
来源：高分子科学前沿
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