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創新科研 | 仿生學對研究粘接技術的啟發

日期:2019/10/18

神奇的大自然賦予人類太多靈感,讓人們擁有更多思路去探索美好的世界。如人類從蝙蝠觸覺發明了雷達,從蚊子鋸齒的口器中發現了無痛針筒的改進方法,從蜻蜓翅痣改良了直升飛機的顛振等經典的案例。膠粘劑行業也有類似仿生學經典的創新。

膠粘工程師們從自然界的動植物的結構與功能得到啟發,進行了相關仿生學粘接材料的研究也探尋。


 

 

一,壁虎腳趾抓墻到可逆粘接的研究與思考

 

壁虎腳趾能吸附各種基材,甚至在光滑的玻璃表面也可迅速的爬行,且保持高效、可逆、自清潔的粘接作用。經對壁虎腳趾宏觀、介觀、微觀、納觀的不同層次結構的研究,發現在腳趾末端有50多萬根剛毛,且每一根剛毛上附著幾十萬根細剛毛,而這些剛毛的多尺度微納結構與基材表面間形成的范德華力,是實現壁虎游墻爬行的關鍵因素。不同部位的細剛毛密度不同,是阻止或釋放相鄰剛毛間發生粘接的主要原因,且這粘接不受環境、基材影響。同時,對甲蟲、蜘蛛、蚊子等動物的研究,均驗證了這一結論。根據范德華力原理,粘接力僅與剛毛尖端的大小與形狀有關,與表面化學性質無關。這一發現,針對膠水實現可逆粘接的研究指明了方向,等待膠粘工程師們去突破創新。


 

 

 

二,海蠣、藤壺等海洋生物與永久粘接的研究與思考

 

海蠣、藤壺、貽貝等海洋生物分泌物蛋白能永久粘接在船底、石頭之上,其具有較強的耐水、耐候性,且無毒、環境友好。經科學家研究發現,這些分泌物中有不同含量的DOPA(L-3,4-二羥基苯氨酸),且在DOPA中,有兒茶酚基團和賴氨酸,其化學活性高,其在浸潤金屬、石材、木材、塑料等疏密表面與非疏密表面間均能形成可逆的非共鍵作用,PH升高情況下,非共鍵減弱,形成不可逆的共價鍵,亦實現了在任何表面上發生了永久性粘接的功能。目前,從海洋生物中提取的這種粘接蛋白并在酸堿變化的情況,能實現可控的粘接過程,已被商業化應用了。利用此原理也在啟發著工程師們如何尋找新型的粘接材料。


 

 

三,爬山虎植物界的粘接高手

 

爬山虎其藤莖可生長爬行至數十米之高,無論風吹雨曬,粘接力不凡。據科學家們研究發現,爬山虎吸盤能夠分泌一種粘性化合物——酸性粘多糖,其與基材結合時會發生化學結合,從而實現吸盤粘接于基材表面。目前此種研究成果的利用價值還未充分展現出來,期待科學家們和工程師們共同努力,為美好生活創新更有價值的膠粘劑產品。

 

總之,神奇的生物孕育著太多等待著人們去探索的奧秘。我們期待這些奧秘孕育的原理能啟發我們創新更健康,更高效的膠粘劑產品。

 

仿生學對你有哪些啟發呢?

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