開發(fā)智能粘附材料 能快速切換粘附性，可用于電子芯片的拾取與放置

智能粘附材料在自動(dòng)化拾取、轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)、軟體爬行機(jī)器人等領(lǐng)域中有著非常重要的作用。目前報(bào)道過的智能粘附材料的粘附性切換方式主要是通過溫度、光照、電壓或者外加載荷來改變粘附材料的表面形貌和材料性質(zhì)。然而，響應(yīng)時(shí)間長、粘附性調(diào)節(jié)能力弱、應(yīng)用范圍小等不利因素限制了智能粘附材料的廣泛應(yīng)用。相比較而言，磁場驅(qū)動(dòng)的智能粘附材料具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等諸多優(yōu)勢。

近期，西南交通大學(xué)的李翔宇教授課題組和師明星教授科研團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一款具有快速切換粘附性的智能粘附材料。這種智能粘附材料通過外加磁場驅(qū)動(dòng)，改變智能粘附材料的表面形貌，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)物體的選擇性拾取，而且還能夠?qū)κ叭∑鸬哪繕?biāo)物體進(jìn)行釋放。同時(shí)，響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溫度和光照等驅(qū)動(dòng)方式。該成果發(fā)表在國際頂級期刊Advanced Materials上。

相關(guān)論文

西南交通大學(xué)力學(xué)與航空航天學(xué)院的博士研究生趙晉生作為論文的第一作者向我們詳細(xì)地介紹了這種智能粘附材料的工作機(jī)理。在選擇性拾取過程中，通過外加磁場驅(qū)動(dòng)改變智能粘附材料的表面形貌，打開或者關(guān)閉智能粘附材料的粘附性，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的選擇性拾取；在拾取與放置過程中，首先打開智能粘附材料的粘附性，將目標(biāo)物體拾取起來，當(dāng)把拾取的物體轉(zhuǎn)移到目標(biāo)位置后，再施加磁場，智能粘附材料的形貌發(fā)生改變，并且在粘附界面形成初始裂紋，從而大幅度降低智能粘附材料的粘附性，將拾取物體釋放。此外，該智能粘附材料不僅適用于干粘附情況，還適用于濕粘附情況，這也顯示該智能粘附材料對于拾取儲(chǔ)存在液體中的物體具有巨大的應(yīng)用前景。

趙晉生博士說，希望在將來的研究工作中，將這種智能粘附材料開發(fā)應(yīng)用于空間站。如果開發(fā)一種能實(shí)現(xiàn)可控粘附和釋放的手套或鞋子，在空間站外面工作時(shí)宇航員就能更加自由和便捷。例如在邁步的時(shí)候關(guān)閉粘附，在不邁步的時(shí)候打開粘附，以便固定地站在原地。

智能粘附材料的應(yīng)用

在論文的應(yīng)用展示部分，該智能粘附材料可以應(yīng)用于對電子芯片的拾取與放置，也可以應(yīng)用于生物醫(yī)療實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對試劑瓶的拾取與放置。同時(shí)，還展示了將置于水中的硅片進(jìn)行拾取與放置操作。

趙晉生博士還表示，該工作的成功受益于學(xué)校和學(xué)院對力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的大力支持。與此同時(shí)，李翔宇教授課題組在接觸和斷裂力學(xué)等領(lǐng)域取得過多項(xiàng)科研成果前提下，注重在理論研究的前提下開展基礎(chǔ)學(xué)科與應(yīng)用學(xué)科的交叉融合，在智能拾取與放置等領(lǐng)域取得的階段性科研成果。該工作也得到了師明星教授科研團(tuán)隊(duì)在樣品制備方面提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)，樣品的制備也是該工作最大的難點(diǎn)之一。

趙晉生博士向我們介紹，這種蘑菇狀結(jié)構(gòu)材料在21世紀(jì)初期就有報(bào)道，由于其超強(qiáng)的粘附性，這種結(jié)構(gòu)一直受到學(xué)術(shù)界的追捧和研究。目前，使用最廣泛的制備方法是采用SOI或者雙層光刻膠制備得到蘑菇狀結(jié)構(gòu)的反模，再進(jìn)行倒模得到蘑菇狀結(jié)構(gòu)材料。然而，這兩種方法不僅成本昂貴，而且結(jié)構(gòu)尺寸有所受限，并不適用于大規(guī)模的生產(chǎn)加工。

智能粘附材料的制備方法

學(xué)生作者合影（左起：譚宇、劉曉坤、魯太平、趙晉生）

此外，文獻(xiàn)報(bào)道的雙光子聚合3D打印技術(shù)也可以得到精度在微米級別的蘑菇狀結(jié)構(gòu)材料，但是這種方法也受限于成本昂貴。因此，趙晉生博士歷時(shí)3年，獨(dú)立開發(fā)出一種全新的制備方法，能夠大規(guī)模的生產(chǎn)和加工形狀各異的蘑菇狀結(jié)構(gòu)材料。該方法獲得了四項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專利和三項(xiàng)授權(quán)實(shí)用新型專利，趙晉生博士均為第一發(fā)明人。

值得一提的是，該工作的作者均來自西南交通大學(xué)力學(xué)與航空航天學(xué)院。