从壁虎脚趾到“零残留”智能材料
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发布时间：2026-01-23 13:50:57
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作为飞檐走壁的“武林高手”，壁虎能够凭借脚趾抓附在物体表面上攀爬移动，即便在垂直墙壁或光滑玻璃上也能稳定附着。这种神奇的攀爬技能引发了科学家的思考：能否研发一种特殊材料，既具备强大的附着力，又能实现人为可控的重复附着与剥离，且每次操作后对后续附着性能几乎没有影响？
若要实现这一构想，水凝胶堪称理想材料之选。高分子水凝胶能够敏锐感知外界环境（如温度、光线等）的微弱变化或刺激，并随之产生相应的物理结构与化学性质变化。基于此，科学家成功研发出一种可通过远程光热控制实现可逆黏附的智能水凝胶材料。水凝胶实现可逆黏附的奥秘在于其含有的两种关键物质：儿茶酚基团和丙烯酸分子。儿茶酚基团能与多种物质产生相互作用力，例如范德华力（分子间作用力）、氢键（通常在含有氢原子的分子与具有较强电负性的原子之间形成）等。低温环境下，儿茶酚基团暴露在外，大量的水分子（H2O）被水凝胶主体结合形成氢键，致使水凝胶表面相对干燥，此时更有利于剥离操作；而在高温条件下，氢键被破坏，水分子脱离使水凝胶表面变得湿润，促使丙烯酸分子迁移至表面覆盖儿茶酚基团，同时起到润滑作用，从而有利于黏附过程。
纳米四氧化三铁（Fe3O4）是水凝胶感知光和热的关键组分，研究发现，低温时四氧化三铁的含量为0.10wt/%，水凝胶的附着强度达到最大值；而高温时，其含量对附着力的影响并不显著。凭借这一特性，水凝胶能够智能感知光和热，在无红外光照射或低温时呈现高附着力，有红外光照射或高温时表现出低附着力，可在这两种状态间多次循环切换，且始终保持零残留。
将水凝胶像壁虎一样黏附在物体表面并施加负载，通过人为控制温度和光照，就能让水凝胶实现“攀爬”动作。这种具备智能响应特性的水凝胶材料，在未来的医学、人工智能等诸多领域必将拥有广阔的应用前景。
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