智能活芯干胶：突破高强度粘合的界限

来自 实验室仪器网

最近发表的一项研究展示了干胶粘剂技术的重大进展。西安交通大学的王多瑞、田红淼、邵金友及其团队研发了一种自适应核壳干胶粘剂，该粘剂具有“活核”结构。即使在非平行接触条件下，这种粘剂也能表现出高强度的粘合力。研究结果发表在《工程学》杂志。

受壁虎启发的粘合技术利用范德华力，在机器人领域具有潜在的应用前景。然而，非平行接触——现实工程场景中常见的挑战——会削弱粘合强度，从而影响稳定性和运行效率。尽管人工干胶粘剂具有很高的理论粘合潜力，但由于这些非平行接触的限制，其性能始终难以保持一致。

这种新开发的粘合剂的灵感来源于壁虎脚底的软肌肉和硬骨。它的顶部有一个蘑菇状的粘合尖端，利用范德华力实现有效的抓握。它的底部还采用了核壳结构来调节界面应力。

与传统的核壳设计中静态的“死核”不同，这种粘合剂包含一个动态的“活核”，它可以在软壳内旋转，类似于骨骼关节的功能。这种旋转可以使接触面的应力均衡，从而使粘合剂能够适应错位，并提高非平行接触情况下的性能。

研究人员利用聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 和硅橡胶等材料制作了这种粘合剂，并评估了其在对准和未对准条件下的微观结构、机械性能和粘合性能。

这种自适应核壳粘合剂在非平行接触时，粘合强度比传统均质结构高出 100 倍。它还表现出强大的抗倾覆能力，这对于机器人应用中的稳定抓取至关重要。

采用有限元分析 (FEA) 研究粘合机理。FEA 模型显示，核壳结构内刚性核的旋转显著降低了有效错位角，从而优化了接触界面处的应力分布。这种改进的对准和应力调节有助于提高粘合剂的性能。

对该粘合剂的性能进行了定量评估，证明了其在各种预紧条件下的卓越性能。即使在高温和富水环境下，该粘合剂也能保持牢固且稳定的粘合力。

为了提高性能，研究人员通过研究软壳和刚性芯的刚度、刚性芯的几何定位及其尺寸等因素对芯的旋转角度和整体粘合强度的影响，优化了粘合剂的结构设计。

这种自适应核壳干胶在物体操控方面具有巨大潜力，尤其是在倾斜或不规则表面上。它能够适应非平行接触并具有抗翻转能力，非常适合光学元件组装等精密任务。

这项技术标志着基于壁虎粘附的设备和系统的发展取得了重大进步。

» 仪器设备 购买 咨询