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　　胶粘剂正在席卷常日糊口和工业正在内的各个规模都是必不成少的，用于将区别的布局部件和零件拼装成半制品或制品。此刻，粘接强度、延展性和可接连性是其本质运用的三个症结身分，如强粘附性、抗震性和按需可接纳性或可拆卸性。然而，目前商用和已报道的胶粘剂均只可同时餍足个中的一种或两种本能，这极大的范围了胶粘剂的操纵场景。从会合物布局的角度看，高强度需求刚联，延展性需求有利的链转移率和刻板能量耗散，而可接连性则需具有可逆和动态交联收集的特征。布局中的这些冲突使得正在胶粘剂中同时取得强粘附性、高韧性和精良的可接连性具有很大的挑拨。

　　为了应对这一挑拨，华南理工大学刘岚讲授团队从分子布局计划入手，计划了一种刚性且具备众级能量耗散才力的布局，并将其行动硬结交联点引入环氧胶粘剂中，所开采的胶粘剂（FAxEyB）同时阐扬出高强、超韧、可接连和情况牢靠的特点。该斟酌效率以“A Hierarchical Energy Dissipated Structure Enabled Strong, Ultra-Tough, and Sustainable Adhesives”为题，宣告正在Advanced Functional Materials期刊上。著作的第一作家为华南理工大学硕士斟酌生傅育槟，协同通信作家为安徽大学陈松教练和华南理工大学刘岚讲授。

　　简直而言，该动态众级能量耗散布局（AQBN）包罗刚性环和四重B-N内配位硼酸酯，行动功效化的硬相与柔性的环氧会合物主链（聚乙二醇）交联，酿成高强、超韧、可接连和情况牢靠的环氧胶粘剂。颠末几何优化阴谋，AQBN偏向于显露刚性非共平面折叠布局（图1b, c）。AQBN布局正在小应变下是刚性的，正在中等应变下是可延展且耗能的，这使得环氧胶粘剂同时具有高强度（本体强度45.5 MPa，粘接强度18.5 MPa）和极佳的韧性（本体韧性119.2 MJ m-3，脱粘功29692 N m-1）。别的，硼酸酯急速的动态换取和B-N内配位使粘合剂具有精良的物理/化学可接纳性和优异的情况牢靠性（高湿度、水、高/极低温、有机溶剂）。

　　图1. 用于环氧胶粘剂的刚性但具有众级能量耗散才力的布局（AQBN）的计划。a) AQBN布局的示企图以及它供给的相应优异本能。b) AQBN布局最低能态构型的球棒模子（Hartree-Fock本事）。c) AQBN布局最低能态的轮廓静电势（非共平面环形布局视图。i：正面，ii：反面）

　　斟酌者开始对环氧胶粘剂的本体本能举办了测试与外征（图2），外明了AQBN布局的引入能同时使环氧胶粘剂大幅加强和增韧，韧性高达119.2 MJ m-3，比已报道的增韧环氧树脂高一个数目级。别的，通过密度泛函外面（DFT）、原子力显微镜（AFM）和二维小角X射线D-SAXS）等体例性地外明了AQBN布局的众级耗能机制（图2g）。原料的韧性由弹性个别的势能和粘性个别的能量耗散才力协同肯定。小应变阶段，AQBN是刚性的，当受到力时，它可能范围收集转移进步弹性模量以及行动硬相进步拉伸强度。正在中等应变阶段，众级能量耗散要紧由两个身分酿成：i，AQBN环爆发弹性变形以耗散能量；ii，AQBN中的四重内部B-N配位键协同破碎，B-N内配位硼酸酯的双五元环酿成八元环。这高效且极大的耗散了能量南宫，从而进步韧性。

　　FAxEyB具有高强度、高韧性，而且编制中存正在大批羟基、B-O键和C-F键，可能与羟基封端的轮廓酿成众种可逆彼此影响（图3a），这使其兼具生色的内聚能和界面彼此影响，从而可能成为一种强韧的粘合原料。值得留意的是，FA35E65B的脱粘功（29692 N m-1）为商用环氧胶粘剂的六倍以上，是目前已报道的最强韧的胶粘剂。别的，该环氧胶粘剂对粘合基材的普适性获得了检查，无论是粘合金属、木料依然玻璃，均具有较高的粘接强度，餍足本质运用需求。

　　图3. FAxEyB胶粘剂的粘接本能。a) FAxEyB胶粘剂的搭接-剪切试验示企图。b) FAxEyB胶粘剂正在干燥条款下的粘接强度。c) FA35E65B胶粘剂与商用环氧胶粘剂举办搭接-剪切试验的力-延展弧线B胶粘剂对区别基材的粘接强度

　　关于硼酸酯基原料而言，耐湿/水性是范围其本质运用的最大身分。该硼酸酯基环氧胶粘剂不但通过AQBN布局中的四重B-N内配位键协同断裂竣工有用增韧，还充足使用了其对硼酸酯的水解遏抑影响，极大的进步了环氧胶粘剂的耐湿/水性（图4b）。即使正在75%RH的高湿度下处罚30天，粘接强度坚持率仍高达86.3%，明显进步了胶粘剂的适用性。别的，硼酸酯的急速动态换取和高键能使环氧胶粘剂具有优异的耐高温和耐有机溶剂特点；聚乙二醇链段酿成的类冠醚布局有助于酿成少量安宁的连系水，从而付与环氧胶粘剂生色的耐低温性。总体而言，FAxEyB胶粘剂对高湿度、水、有机溶剂、酸、碱和异常温度等迥殊情况具有精良的永恒耐受性，这将极大扩展其正在区别规模的运用。

　　图4. FAxEyB胶粘剂正在各样情况中的永恒粘合本能。a) FAxEyB胶粘剂正在高湿度（75%RH）下处罚区别功夫后的粘接强度以及操纵FA35E65B粘合的钢片（75%RH处罚30天）承载四个成年人（255 kg）。b) 动态硼酸酯的耐湿机理。c) FA35E65B粘合的钢片正在区别pH（3、7和11）的溶液中浸泡1天后的粘接强度。d) 正在各样有机溶剂中浸泡1天后的粘接强度（插图：FA35E65B粘合的钢片正在各样有机溶液中浸泡1天后正在有机溶剂中举起2.5 kg的重物）。e) FA35E65B粘合剂正在-196 °C（液氮）和100 °C下区别处罚功夫的粘接强度。f) FA35E65B与已报道的强韧胶粘剂的本能比照。

　　跟着绿色环保理念的普及，胶粘剂的按需可接纳性或可拆卸性越来越受到珍重。古代的环氧胶粘剂具有共价交联收集，固化后无法接纳，酿成首要的资源奢侈。然而，AQBN布局中具有硼酸酯，基于其急速的动态换取和刺激反应，FAxEyB粘合剂具有优异的可接纳性。通过物理接纳（热压）/化学接纳（混杂溶剂熔解）的政策均能竣工该环氧胶粘剂的闭环接纳，且众次接纳前后刻板/粘接本能根基坚持稳定，这关于强韧型胶粘剂的轮回使用和可接连开展具有主要道理！

　　图5. FAxEyB胶粘剂的可接纳性。a) FAxEyB胶粘剂的闭环接纳形式。b) FAxEyB的化学和物理接纳。c) 众次接纳前后的粘接强度对比。d) 众次接纳前后的拉伸弧线对比。e) FAxEyB胶粘剂的接纳机理。f) FA35E65B EV正在区别温度下的应力缓和弧线（插图：Arrhenius拟合）。g) FA35E65B EV的变温红外光谱。

　　该斟酌揭示了一种高强、超韧、可接连和情况牢靠的环氧胶粘剂。通过分子布局计划的政策，正在环氧胶粘剂中引入众级能量耗散布局，竣工胶粘剂的同时大幅加强和增韧。同时基于该布局内部的奇妙计划，付与了胶粘剂精良的化学/物理接纳性和优异的情况牢靠性（高湿度、水、高/超低温和有机溶剂）。该斟酌中FAxEyB环氧胶粘剂的强度、韧性和归纳本能胜过了很众现有的贸易/报道的胶粘剂，为计划强韧的可接连胶粘剂以至其它原料供给了一个有吸引力的政策。

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