兼具高粘附强度和按需可切换性的高性能粘合剂，在软体机器人、人造皮肤和可穿戴电子等众多新兴领域有着迫切需求，因此获得较大关注。对于传统的解决方式，如使用形状记忆聚合物（SMPs）等，可在外部刺激下从固定的永久形状可逆地切换至程序化的临时形状，其中SMP粘合剂与基材之间可动态建立机械互锁。然而，SMP粘合剂的界面粘附能依赖于橡胶态-玻璃态转变的形状锁定，其数值远低于本体内聚能，这种不匹配常导致界面粘附失效，从而降低实际的粘附强度。因此，通过传统的SMPs材料制备高粘附强度（如 >10 MPa）的可切换粘合剂仍具挑战。

  近日，东华大学武培怡/刘凯团队通过引入高密度氢键的化学设计，合成了2-[[(丁基氨基)羰基]氧基]乙基丙烯酸酯（BEA）并与丙烯酸（AA）进行共聚，获得了具有高粘附强度的可切换相锁定介导粘合剂（SPAs）。

  2026年7月4日，相关研究成果以“Strong Adhesives Mediated by Dynamic Phase-Locking”为题，发表在《Advanced Materials》上。东华大学化学与化工学院硕士研究生戴方豪为文章第一作者，刘凯副教授和武培怡教授为论文的共同通讯作者。

  这一组合可促进粘合剂可调的相锁定行为以及应变下的动态微相分离，同时实现界面粘附与本体内聚之间的平衡（图一）。这一设计策略的核心包括三部分：首先SPAs可通过加热变为橡胶态，并在各种基材上快速铺展，冷却后形成类似于“榫卯”的物理互锁结构，提升界面粘附强度。同时，SPAs与基材之间新形成的氢键可促进界面能量耗散，实现粘附强度的化学增强。此外，高密度分子间氢键在拉伸下诱导微相分离，这能显著增强聚合物在脱粘过程中的粘合剂本体内聚能。得益于以上三个方面，相锁定的构筑策略优化了粘附全周期（铺展、粘合、脱粘）的性能，使得该粘合剂的粘附强度最高可达15.36 MPa，且具备可切换性。

图一. 设计策略和粘附增强示意图

  首先，作者通过BEA和AA的比例获得了具优异透光率和良好力学性能的一系列SPAs，其玻璃化转变温度略低于室温（图二）。由于玻璃化温度略低于室温的聚合物具有高链摩擦和能量耗散能力，这一设计选择不仅增强了力学性能，也便于后续粘合-脱粘循环中实现易操作的粘附开关窗口，因此可以获得优异的粘附效果。其中SPA-2的Lap-shear粘附强度为15.3 MPa，Pull-off粘附强度为3.2 MPa，超越了几乎所有已报道的可切换粘附材料；粘附面积为3 cm²的玻璃基板可以轻松提起20 kg的哑铃。

图二. SPAs热机械性能和粘附性能

  其次，作者探讨了该粘附材料界面粘附与内聚能的关系。由于相锁定效果带来的粘附增强，同时将粘附破坏过程中的界面脱粘转移至内聚破坏，在此协同之下使得界面粘附与内聚能可以达到完美的平衡，从而获得高粘附强度（图三）。SPA-2还通过应变诱导的动态纳米相分离显著增强了本体内聚能，平衡了界面粘附能与内聚能。通过原子力显微镜（AFM）也可观察到SPA-2沿拉伸方向表现出更明显的相分离排列。

图三. 界面粘附与内聚能平衡和动态相分离性能

  此外，作者通过SAXS、低场核磁和二维红外等探究了SPA-2超高粘附强度与可切换性的分子机理（图四）。低场核磁实验结果表明，SPA-2在高温下表现出增强的链段运动性以及丰富的游离羧基和悬挂链，有利于界面铺展和强粘附。当温度降至相锁定条件以下时，高密度氢键的重新形成增强了聚合物的机械完整性，并确保了有效的相态固定。同时，在外加应力作用下形成的纳米级相分离进一步增强了粘合剂的物理强度，从而提升了界面韧性。这种相锁定行为与应变诱导纳米相分离的结合，使得SPA-2展现出较高的粘附强度。

图四. 超高粘附强度与可切换性的分子机理

  最后，作者设计抓取-放置装置展示了SPAs的高粘附强度和可切换性能（图五）。利用微纳结构在抓取时的误差补偿效应，使用3D打印制作了蘑菇状粘附微柱阵列粘附表面，再将其与控温装置和机械臂结合构筑了抓取-放置装置。通过此装置可以实现对非平坦表面物体的自由抓取、移动和放置，证明了其应用潜力。

图五. 超高粘附强度与可切换性粘合剂的应用

  该研究工作得到了国家自然科学基金以及东华大学2025学科创新培育项目等基金的支持。上海交通大学亓文豪博士和德国于利希中子散射中心(JCNS) 吴宝虎博士分别在控温装置的制备和小角衍射分析测试方面提供了帮助。

  全文链接：https://doi.org/10.1002/adma.73976