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仿生成果:有望用可在海水中反覆使用的粘合劑在海水中製造混凝土

受厚殼貽貝和藤壺等海洋附著生物透過分泌名為“粘附蛋白”的粘合劑,可以牢固地粘附在海水中的岩石上的啟發, 日本北海道大學創成研究機構化學反應創成研究基地(WPI-ICReDD)和北海道大學研究人員範海龍、龔劍萍教授等人組成的研究團隊,開發出了可在海水中快速牢固粘合,而且能重複使用的新型粘合劑。而大多數人造粘合劑雖然在空氣中能牢固粘結材料,但無法在水中和海洋中使用。

研究團隊透過“相鄰共聚法”(利用了陽離子單體與芳香環單體會形成弱複合體的特性)獲得了一種陽離子位點與芳香環相鄰排列的高分子化合物,這種化合物在海水中能強力吸附到玻璃上,他們使該化合物在水中交聯並固化,合成了帶伸縮性的凝膠狀粘合劑。

仿生成果:有望用可在海水中反覆使用的粘合劑在海水中製造混凝土

此次開發的新型粘合劑

研究團隊利用該粘合劑在海水中對多種固體實施粘接試驗發現,可以與金屬、石頭(陶瓷)、玻璃、塑膠等帶負電的固體快速、牢固地粘結。粘結強度非常高,最大約達到60kPa(每平方米粘結面可承受6噸的重量),而且還可以反覆剝離和重新粘結。此次合成的凝膠狀粘合劑與被粘物(玻璃塊)只需在海水中按壓5秒即可牢固粘附到一起,雖然粘合面積僅約1/4個1元硬幣大小,但能承受約500g的玻璃塊。

仿生成果:有望用可在海水中反覆使用的粘合劑在海水中製造混凝土

利用新型粘合劑在海水中實施的粘結演示。玻璃與粘合劑在海水中只需接觸5秒即可強力粘結在一起。

而採用陽離子位點與芳香環隨機排列的高分子化合物時,則不具備這麼強的粘結力。這表明,該化合物在海水中實現的高粘結強度源於陽離子位點與芳香環相鄰共聚排列的結構。

本研究還是全球首次報告的可在海水中反覆使用的粘合劑。除了可以在海水中作為臨時固定劑和破損修補劑使用外,還有望利用該技術在海水中製造混凝土等。相關研究已發表在最近的《自然·通訊》上。