膠界| 講述有深度有廣度有溫度的膠黏劑故事
在生活中，膠水無處不在。
我們天天拿著的手機，雖然你看不見任何膠水，但是它的的確確就在那裡，而且扮演著極其重要的角色。
然而，目前的膠水普遍存在一個問題：可拆卸、可重複使用的，大都粘合力不強；而超強粘合的，又不具有可逆性。
實現膠水的超強粘合性和可逆性，是研究者們孜孜不倦的追求。然而，這種完美結合卻一直是個巨大的挑戰。
之前，我們討論了一款「可逆粘附的強力黏結聚氨酯熱熔膠」，但需要在高溫下(130℃)才能被拆解，這有很大的使用局限性。
另一款「蝸牛黏液啟發：超強可逆黏結丙烯酸水凝膠」，是通過水來誘導其可逆性，雖然操作方便，但是它對溼度的極強依賴性也限制了在實際生活中的廣泛使用。
今天，將要介紹的是北京化工大學尹梅貞教授團隊在2019年JACS上報導的由綠光誘導來實現可逆黏結的膠水。
1 技術核心
膠水的主要成分是偶氮苯衍生物，常溫下為固態狀，化學結構如下：
上圖中，橘色的azobenzene和藍色的binaphthol起著非常關鍵的作用。如果沒有azobenzene，就不能吸收綠光能量而產生固態-液態的相轉變；如果沒有了binaphthol，該物質在常溫下就是液態，也就失去了相轉變性質。
研究者通過電化學循環伏安法和HOMO/LOMO軌道理論計算，證實了azobenzene和binaphthol是偶氮苯衍生物吸收綠光的關鍵。同時，發現UV(365nm)，藍光(440-460nm)和紅光(660nm)並不能誘導相轉變。
上圖實驗展示了在綠光照射時，偶氮苯衍生物的相轉變過程：在6min照射後，偶氮苯衍生物溫度從室溫升高到48℃，超過了偶氮苯自身的熔點溫度(44℃)，從而可以看見，偶氮苯從固態變成了黏黏的液態。
如果把綠光移開後，液態偶氮苯在2min內，又轉變成了固態。
研究者把綠光照射後熔融的偶氮苯膠水塗覆在玻璃片上，並趁熱立即壓合另一塊玻璃，粘接面積為2.5cm x 0.7 cm，冷卻後兩個玻璃便能牢牢地粘接在一起。
當用綠光照射粘接處時，膠水從固態轉為液態，失去了粘性，兩玻璃自動剝離。若將這兩玻璃再次黏合，等膠水冷卻後，便又牢牢地粘在一塊了。
此過程高度可逆，即使重複10次，粘接強度都不會發生變化。
2 技術缺陷
當然，該膠水也有著一些不足之處：
1. 雖然比商業化的APAO粘接力要高一些，但是對於結構粘接的要求來說，這粘接強度還是有很大差距：在鋁合金上只有1.34MPa；在玻璃基材上，最高剪切強度也就是0.78MPa 左右。
2. 該膠水的可逆性其實是通過吸收綠光能量而溫度升高到熔點後轉化成液相的方式來失去粘接力的。如果溫度達到35℃時，膠水在鋁合金和玻璃上的粘附力也就只有0.28 MPa和0.16MPa而已。這就意味著如果膠水的使用環境溫度較高時，就不能提供足夠的粘附力了。