低表面能材料，诸如特氟龙（聚四氟乙烯）涂层，以其优异的化学惰性和抗润湿性能来抵抗油污的附着。而这些显著的优点也使得传统的胶黏剂很难与其建立理想的粘接强度。随着此类低表面能材料在汽车、电子和医疗行业的广泛应用，发展与之匹配的胶黏剂变得极为迫切。传统的解决方案通过化学刻蚀、等离子体和离子束等处理来增加表面极性，从而削弱其表面化学惰性，以此来增强粘接性能。然而，实际操作中往往会增加制备的复杂性和不可避免地带来环境污染。因此，如何不通过表面处理就可获得较强的粘接性能依然是工业界和学界亟需解决的重大难题之一。
鉴于此，香港中文大学（深圳）朱世平和张祺团队提出通过将“离子-偶极”作用引入胶黏剂设计，赋予其对低表面能材料的高强粘接，较好地解决了上述难题。该研究成果以“Adhering low surface energy materials without surface pre-treatment via ion-dipole interactions”近期发表在ACS Applied Material & Interfaces (doi: 10.1021/acsami.1c11822)，香港中文大学（深圳）理工学院黄帅帅博士为论文第一作者，通讯作者为香港中文大学（深圳）理工学院朱世平教授和助理教授张祺博士。
该课题组设计合成的胶黏剂为一种由含氟共聚物（PHFBA-co-MMA）和疏水性离子液体（EMImTFSI）组成的离子凝胶。如图1所示DFT计算结果可以发现，基于-CF3偶极和EMIm阳离子的“离子-偶极”相互作用，使胶黏剂可以与原本惰性的聚四氟乙烯表面产生较强的结合能（12.0 kcal/mol）。同时由于凝胶本体材料中“离子-偶极”相互作用的动态交换，使得分离基材的力得到均匀耗散，从而可以避免胶粘剂本身由于应力集中导致脱粘。进一步通过优化凝胶本身的内聚和表面粘附性能，研究团队在表面能只有19 mJ/m2 的聚四氟乙烯上获得1.01 MPa的胶粘强度（图2）。不仅如此，该胶粘剂在不同基材（聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、玻璃、陶瓷、钢铁等）表面均展现出优异的粘接性能。与不同类型的商业化胶黏剂对比，该胶黏剂有几倍至十几倍的性能提升（图3）。该研究为粘接低表面能材料提供了新思路，并为开发可商业化的特种胶黏剂带来启发。
图1.（a）胶黏剂的粘接原理；（b）胶黏剂所用化学药品结构式；（c）EMImTFSI和HFBA与PTFE表面的结合能。（d）HFBA与EMImTFSI之间的内聚能。
图2. 通过优化EMImTFSI和MMA的重量分数，获得最佳韧性和最强粘接强度的胶黏剂。
图3.（a）粘接性能与离子液体的润湿性具有密切关系；（b）和（c）为离子凝胶胶黏剂与商业胶黏剂的性能对比；（d）在不同基材上的宏观粘接性能展示。
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https://doi.org/10.1021/acsami.1c11822
