科学家们通过研究挑战了先前接受的信念，表明水实际上可能有助于粘附。这一发现对生物医学领域尤其具有实用意义，例如用于绷带、对潮湿皮肤进行健康监测的传感器，以及可以作为缝合线替代品的创新粘合剂。从表面粗糙度和材料特性研究中获得的知识可能会显著改变全球数十亿美元的行业。
来自阿克伦大学和匹兹堡大学的研究人员在一项新研究中修正了长期以来的信念，表明水可以增强粘附。
阿克伦大学聚合物科学与聚合物工程学院的W. Gerald Austen教授和H.A. Morton教授，阿里·迪诺朱瓦拉博士领导的团队发现了一个重大突破——在受控环境下，水可以意外地改善粘附。这项发现于8月7日发表在《科学进展》上。
这项研究的影响是重大的，特别是对于生物医学用途，如绷带、用于监测潮湿皮肤的健康传感器以及可能取代传统缝合线的新型粘合剂。研究提供了如何利用表面粗糙度和材料特性的新见解，为全球有价值行业的潜在革命奠定了基础。
日常情况下，如在湿滑的道路上行驶或在潮湿的皮肤上使用胶带，突出了在湿润、粗糙表面上实现强粘附的困难。过去，水通常被视为障碍，它破坏了有效粘附所需的分子键。水常常在表面上积聚并被困在粗糙度中，使得粘附过程变得复杂。
在一个显著的进展中，迪诺朱瓦拉博士的团队——包括匹兹堡大学的泰维斯·雅可布斯博士、弗赖堡大学的拉尔斯·帕斯特卡博士，以及阿贡国家实验室的阿尼鲁达·苏曼特博士——在一项专注于测量软弹性体如何与精确工程的粗糙表面结合的研究中揭示了他们的发现。这显示了水、表面粗糙度和粘附行为之间的复杂关系。
迪诺朱瓦拉博士和研究生妮提扬舒·库马尔进行了开创性的水下实验，并创建模型以澄清他们的发现。粗糙表面在阿贡国家实验室进行了化学修饰，并在匹兹堡大学以原子尺度进行分析。弗赖堡大学对分离界面的模拟通过这个合作团队的互补技能得以实现。
意外的是，水在初始接触期间的存在通过阻挡近一半表面积的分子接触而削弱了粘附，因为水分子被困住。此外，水显著提高了弹性体变形并与粗糙表面匹配所需的能量，从而导致初始粘附的降低。
有趣的是，尽管水在表面首次接触时会干扰粘附，但在分离阶段，它可以使粘附增强近四倍。分析模型和表面敏感光谱显示，水在纳米尺度的小口袋中被困住。“在水下建立接触很有挑战性，因为需要额外的能量来驱除水，并且无法完全去除水，”雅可布斯博士解释道。“然而，我们惊讶地发现，那些使两表面更难贴合的被困水也显著阻碍了将它们拉开的过程。”
“这些结果与传统观念相悖，传统观点认为水总是损害粘附，”迪诺朱瓦拉博士说。“通过理解水如何与表面纹理相互作用，我们可能利用粗糙度来增强粘附。这类似于壁虎如何利用它们的脚垫在潮湿表面上攀爬。”
迪诺朱瓦拉博士的团队计划继续完善这些发现，创造利用水在粘附科学中意外优势的实用应用。
