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  粘結劑是通過界面的粘附和自身的內聚等作用使兩種材料連接在一起的物質，并同時承受這些材料在使用過程中所承受的應力。粘結劑有著悠久的使用歷史，從早期的天然材料到近代的合成高分子。在粘結劑的長期使用過程中，由環(huán)境因素（水、氧、熱、光和應力等）引起的粘附性能下降在所難免，由此產生的粘附失效可能會造成嚴重的后果。因此，對粘結劑的粘附狀態(tài)的實時監(jiān)測是保障其安全使用的關鍵。近日，華中科技大學化學與化工學院朱錦濤、張連斌教授團隊發(fā)展了基于機械力響應性光子晶體復合物的智能結構色粘結劑（Structurally-colored adhesives），將粘結劑使用、服役過程中的形變過程和結構色傳感技術相結合，實現了粘附性能的實時監(jiān)測和粘附失效的早期預警。

  粘結劑的失效行為往往伴隨著其結構的改變。自然界中，一些動物可將結構形變轉化為可視化的顏色信號。例如，變色龍可以通過拉伸或收縮皮膚下反射特定波長光的鳥嘌呤晶體來改變皮膚顏色，這種顏色稱為結構色。受此啟發(fā)，作者將一維光子納米鏈引入到聚合物粘附基質材料中，制備了具有結構色的粘結劑。在本工作中，作者將碳包覆的磁性四氧化三鐵膠體粒子(Fe₃O₄@C)在聚乙二醇甲醚丙烯酸酯（PEGA）和N-羥乙基丙烯酰胺（HEAA）的單體中分散，由磁場誘導組裝成的一維（1D）光子納米鏈，并在紫外光固化后得到具有結構色的粘結劑（圖1a）。得益于Fe₃O₄@C膠體粒子的高折射率以及1D有序結構，僅需少量的膠體粒子（0.3 wt%）即可賦予粘結劑鮮艷的結構色。結構色粘結劑可以對幾乎所有與粘合狀態(tài)相關的變形（如壓縮、拉伸和剪切）做出及時響應，即產生顯著的顏色變化。特別的是，該工作揭示了光子納米鏈在剪切應變下變色機制。在剪切載荷作用下，剪切應力驅動嵌入粘結劑聚合物基質中的光子納米鏈發(fā)生傾斜，進而改變了入射光與晶面的夾角并產生結構色的變化（圖1h）。作者通過優(yōu)化單體比例制備了兩種典型的粘合劑：結構色壓敏膠和結構膠，展示了結構色粘結劑在粘附狀態(tài)可視化監(jiān)測領域的應用。

圖4 計算機視覺結合機器學習實現內聚失效的早期預警

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52794-5