近期，《Adv Mater》發表的一項研究發現，通過來源於植物的纖維素納米晶體（CNC）可以形成一種超級粘合劑。
該粘合劑完美地展現了環保性、高性能和低成本的綜合優點，而通常要同時實現這些挑戰是非常困難的。研究發現，只需僅僅一滴這種“超級膠水”，就可以承受90公斤（比小編還重20kg）的重量！更神奇的是，你只需要通過手指輕輕一摸就可以去除粘合性（can be easily removed by the touch of a finger）。論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906886
粘合是通過共價鍵（如反應性結構粘合劑）或非共價相互作用而發生的，自然界的粘合現象幾乎無處不在。後者的經典示例是壁虎腳，其分層功能會增加整個接觸區域的摩擦力。這種結構化粘附的仿生通常是通過自上而下的光刻技術實現的，從而可以實現與方向有關的分離。但是，由於缺少可在多個長度範圍內生成強大粘合力和自組裝性的構建塊，自下而上的方法仍然有待進一步研究。
本文介紹了一種不一樣的情況，即纖維素納米晶體（CNC）的水溶液在受限的蒸發誘導自組裝（C-EISA）時，固體表面之間形成了超結構的粘附層。由於受到有限蒸發導致的應力，強度本來就大的纖維素納米晶體（EA> 140 GPa）在多個長度範圍內精確排列。當比較面內（≈7MPa）和麵外（≤0.08MPa）方向時，這種長程有序會產生非同尋常的各向異性粘合強度。
親水性基材（載玻片）之間的C-EISA產生超結構化CNC粘合劑
由於自組裝而產生的這種粘合性能，大大優於傳統的通過自上而下微細加工獲得的仿生膠粘劑（幹膠，摩擦驅動），並代表了獨特的基於流體（水性）的體系，具有明顯的各向異性。通過使用C-EISA，新出現的特性將與膠體及其分層裝配體的性質緊密聯繫在一起。本文證明了一種涉及各向異性有機納米粒子水懸浮液的簡單自組裝現象，這可以引起極高的非共價粘合剪切強度。其作用方式類似於自然界中大多數乾的、可逆的生物粘合劑，例如昆蟲或壁虎。與天然可逆粘合劑類似，平面內和平面外的粘合力值相差70倍以上。重要的是，粘合劑內部結構與C-EISA現象緊密結合，這為進一步探索粘合劑性能開闢了途徑。此外，這種與中等毛細管力相關的自組裝具有廣闊的應用領域，或將在促進其他新興特性（例如壓電性）中找到用途。
C‐EISA導致的跨尺度超結構和裝配機制示意圖
與某些商業結構膠和幾秒鐘內形成粘結的幹膠相比，C-EISA形成膠層所需的時間受到了限制。但是，使用完全綠色，具有成本效益的水基系統的前景非常誘人。未來的發展中可以考慮更快蒸發速度的影響。另一方面，以前通過自上而下獲得的合成系統也已經證明了膠粘劑的可重粘性質，可以通過巧妙地使用抗衡離子進一步束縛，這也可以控制膠粘劑的溼度響應。可逆的膠粘劑組裝還可以減少對組裝元件的永久損壞，並提高可持續性。
最後，隨著CNC的批量生產，以及對膠粘劑的廣泛化學修飾，納米纖維素，本文發現的高強度和高各向異性將顯著地推動高性能、綠色、結構粘合劑在更廣泛的領域和基材中得到應用。可以預見，新的潛在應用與出色的粘合各向異性有關。例如，在高強度，易碎，高價值的機器零件或建築元件上使用基於CNC的膠粘劑，有望防止出現故障並提高可重複使用性。
總體而言，這項研究揭示了在C-EISA下由天然聚合物膠體組裝的超結構粘合劑的獨特特性，作為一種新產品，它的潛在應用和進一步發展都十分突出。（文：董瑞）
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