粘结剂是通过界面的粘附和自身的内聚等作用使两种材料连接在一起的物质，并同时承受这些材料在使用过程中所承受的应力。粘结剂有着悠久的使用历史，从早期的天然材料到近代的合成高分子。在粘结剂的长期使用过程中，由环境因素（水、氧、热、光和应力等）引起的粘附性能下降在所难免，由此产生的粘附失效可能会造成严重的后果。因此，对粘结剂的粘附状态的实时监测是保障其安全使用的关键。近日，华中科技大学化学与化工学院朱锦涛、张连斌教授团队发展了基于机械力响应性光子晶体复合物的智能结构色粘结剂（Structurally-colored adhesives），将粘结剂使用、服役过程中的形变过程和结构色传感技术相结合，实现了粘附性能的实时监测和粘附失效的早期预警。

  粘结剂的失效行为往往伴随着其结构的改变。自然界中，一些动物可将结构形变转化为可视化的颜色信号。例如，变色龙可以通过拉伸或收缩皮肤下反射特定波长光的鸟嘌呤晶体来改变皮肤颜色，这种颜色称为结构色。受此启发，作者将一维光子纳米链引入到聚合物粘附基质材料中，制备了具有结构色的粘结剂。在本工作中，作者将碳包覆的磁性四氧化三铁胶体粒子(Fe₃O₄@C)在聚乙二醇甲醚丙烯酸酯（PEGA）和N-羟乙基丙烯酰胺（HEAA）的单体中分散，由磁场诱导组装成的一维（1D）光子纳米链，并在紫外光固化后得到具有结构色的粘结剂（图1a）。得益于Fe₃O₄@C胶体粒子的高折射率以及1D有序结构，仅需少量的胶体粒子（0.3 wt%）即可赋予粘结剂鲜艳的结构色。结构色粘结剂可以对几乎所有与粘合状态相关的变形（如压缩、拉伸和剪切）做出及时响应，即产生显著的颜色变化。特别的是，该工作揭示了光子纳米链在剪切应变下变色机制。在剪切载荷作用下，剪切应力驱动嵌入粘结剂聚合物基质中的光子纳米链发生倾斜，进而改变了入射光与晶面的夹角并产生结构色的变化（图1h）。作者通过优化单体比例制备了两种典型的粘合剂：结构色压敏胶和结构胶，展示了结构色粘结剂在粘附状态可视化监测领域的应用。

图4 计算机视觉结合机器学习实现内聚失效的早期预警

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52794-5