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  粘結(jié)劑是通過(guò)界面的粘附和自身的內(nèi)聚等作用使兩種材料連接在一起的物質(zhì)，并同時(shí)承受這些材料在使用過(guò)程中所承受的應(yīng)力。粘結(jié)劑有著悠久的使用歷史，從早期的天然材料到近代的合成高分子。在粘結(jié)劑的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由環(huán)境因素（水、氧、熱、光和應(yīng)力等）引起的粘附性能下降在所難免，由此產(chǎn)生的粘附失效可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果。因此，對(duì)粘結(jié)劑的粘附狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是保障其安全使用的關(guān)鍵。近日，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院朱錦濤、張連斌教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于機(jī)械力響應(yīng)性光子晶體復(fù)合物的智能結(jié)構(gòu)色粘結(jié)劑（Structurally-colored adhesives），將粘結(jié)劑使用、服役過(guò)程中的形變過(guò)程和結(jié)構(gòu)色傳感技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了粘附性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和粘附失效的早期預(yù)警。

  粘結(jié)劑的失效行為往往伴隨著其結(jié)構(gòu)的改變。自然界中，一些動(dòng)物可將結(jié)構(gòu)形變轉(zhuǎn)化為可視化的顏色信號(hào)。例如，變色龍可以通過(guò)拉伸或收縮皮膚下反射特定波長(zhǎng)光的鳥(niǎo)嘌呤晶體來(lái)改變皮膚顏色，這種顏色稱為結(jié)構(gòu)色。受此啟發(fā)，作者將一維光子納米鏈引入到聚合物粘附基質(zhì)材料中，制備了具有結(jié)構(gòu)色的粘結(jié)劑。在本工作中，作者將碳包覆的磁性四氧化三鐵膠體粒子(Fe₃O₄@C)在聚乙二醇甲醚丙烯酸酯（PEGA）和N-羥乙基丙烯酰胺（HEAA）的單體中分散，由磁場(chǎng)誘導(dǎo)組裝成的一維（1D）光子納米鏈，并在紫外光固化后得到具有結(jié)構(gòu)色的粘結(jié)劑（圖1a）。得益于Fe₃O₄@C膠體粒子的高折射率以及1D有序結(jié)構(gòu)，僅需少量的膠體粒子（0.3 wt%）即可賦予粘結(jié)劑鮮艷的結(jié)構(gòu)色。結(jié)構(gòu)色粘結(jié)劑可以對(duì)幾乎所有與粘合狀態(tài)相關(guān)的變形（如壓縮、拉伸和剪切）做出及時(shí)響應(yīng)，即產(chǎn)生顯著的顏色變化。特別的是，該工作揭示了光子納米鏈在剪切應(yīng)變下變色機(jī)制。在剪切載荷作用下，剪切應(yīng)力驅(qū)動(dòng)嵌入粘結(jié)劑聚合物基質(zhì)中的光子納米鏈發(fā)生傾斜，進(jìn)而改變了入射光與晶面的夾角并產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的變化（圖1h）。作者通過(guò)優(yōu)化單體比例制備了兩種典型的粘合劑：結(jié)構(gòu)色壓敏膠和結(jié)構(gòu)膠，展示了結(jié)構(gòu)色粘結(jié)劑在粘附狀態(tài)可視化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖4 計(jì)算機(jī)視覺(jué)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)聚失效的早期預(yù)警

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52794-5