可逆的“壁虎”粘合剂易于批量生产

柔软的墙壁（蓝色，高度为几百微米）模仿壁虎脚的表面，以产生相同的附着力-但远比动物的爪子强得多。

壁虎为什么要爬上摩天大楼？因为它可以；它的脚趾几乎什么都不会掉下来。几年来，工程师们已经知道壁虎粘性的秘密，并将其模仿成条状的橡胶材料，可用于拾取和释放物体，但是到目前为止，日常使用的简单批量生产仍遥不可及。

在一项新的研究中，佐治亚理工学院的研究人员开发了一种制造壁虎启发的粘合材料的方法，该方法比目前的方法更具成本效益。它可以实现批量生产，并且可以将多功能抓手条扩展到制造和家庭中。

具有“壁虎附着力”表面的聚合物可用于制造极为通用的抓手，即使在同一条装配线上，也可以拾取非常不同的物体。通过同时粘贴在图片和墙壁上，它们可以使图片轻松悬挂。具有壁虎附着力的吸尘器机器人有朝一日可以侦察高层建筑以清洁外墙。

“除了铁氟龙之类的东西，它会坚持一切。这在制造中具有明显的优势，因为我们不必为要提升的特定表面准备抓具。受到壁虎启发的粘合剂可以举起盒子之类的扁平物体，然后转动并举起鸡蛋和蔬菜之类的弯曲物体，”这项研究的首席研究员，佐治亚理工学院乔治·伍德拉夫机械工程学院的助理教授迈克尔·瓦伦伯格说。

装配线上的当前夹具（例如夹具，磁铁和吸盘）每个都可以举起有限范围的物体。基于壁虎启发的表面的抓具是干燥的，不含胶水或粘胶，可以替换许多抓具，或者只是填补其他抓持机构留下的能力差距。

剃须刀

粘附力来自几百微米大小的突起，这些突起通常看起来像是短而松软的壁，在材料表面上相互平行延伸。下面说明它们如何模仿壁虎的脚来工作。

到目前为止，模塑是通过将成分倒在模板上，使混合物反应并固化为柔性聚合物，然后将其从模具中取出来生产这些中尺度壁的。但是该方法不方便。

右上方的插图说明了如何通过将实验室剃须刀刀片推入固定聚合物中来制作壁虎附着表面。剃刀刀片被拉出，留下凹痕并向上拉伸一些聚合物，从而产生可产生壁虎粘合效果的柔性壁。

“成型技术是昂贵且耗时的过程。还有使壁虎状的材料从模板上释放出来的问题，这可能会干扰附着表面的质量。” Varenberg说。

研究人员的新方法是通过将配料倒在光滑的表面上而不是铸模上来形成那些墙，让聚合物部分凝固，然后将成排的实验室剃须刀浸入其中。材料在刀片周围设置了更多一点，然后将其抽出，留下了微米级的凹痕，这些凹痕被所需的壁包围。

Varenberg和第一作者Jae-Kang Kim于2020年4月6日在ACS Applied Materials＆Interfaces杂志上发表了他们的新方法的详细信息。

忘记完美

尽管新方法比模制更容易，但开发过程却花费了一年的浸渍，绘图和重新调整，同时在电子显微镜下测量细微的细节。

“有许多参数需要控制：液体的粘度和温度；拔出刀片的时间，速度和距离。我们需要凝固聚合物对刀片的足够可塑性来使墙壁向上拉伸，而又不需要太多会导致墙壁撕裂的刚性，” Varenberg说。

受壁虎启发的表面在微米级甚至有时在纳米级具有良好的形貌，并且通过模制制成的表面通常是最精确的。但是，这种完善是不必要的。用新方法制成的材料效果很好，而且坚固耐用。

“许多证明壁虎附着力的研究人员必须在洁净室中以干净的齿轮进行附着。我们的系统只能在正常设置下正常运行。它坚固而简单，我认为它在工业和家庭中具有良好的应用潜力。”研究自然表面以模仿其在人造材料中的优越品质的Varenberg说道。

壁虎脚绒

看壁虎的脚。它的脚趾上有山脊，这在过去使一些人认为它们的脚因吸力或某种形式的皮肤抓握而粘住。

但是电子显微镜揭示了更深的结构-铲形刚毛刚毛从这些脊突伸出几十微米长。纤丝与低至纳米级的表面充分接触，以至于两侧原子之间的弱吸引力似乎大大加起来，形成了整体牢固的附着力。

工程师代替绒毛开发了成排的形状，覆盖了能产生效果的材料。常见的形状使材料的表面看起来像几百微米大小的蘑菇田。另一个是像本研究中那样的成排的短墙。

蘑菇形图案接触表面，它们被直接附着，但是分离需要施加可能不利的作用力。壁状突起需要较小的剪切力，例如拖船或轻抓，以产生附着力，但这很容易，并且放开物体也很简单， Varenberg说。

瓦伦贝格（Varenberg）的研究小组使用绘图方法制作了在它们之间具有U形空间的墙以及在它们之间具有V形空间的墙。他们与聚乙烯基硅氧烷（PVS）和聚氨酯（PU）一起工作。用PVS制成的V形效果最好，但是聚氨酯是工业上更好的材料，因此Vanenberg的团队现在将努力实现PU的V形壁虎抓握图案，以实现最佳组合。

参考：Jae-Kang Kim和Michael Varenberg的“基于剪切的剪切活化可逆粘合剂的制造”，2020年4月6日，ACS Applied Materials＆Interfaces.DOI：
10.1021 / acsami.0c01812