从日常生活到可植入设备和软机器人，聚合物粘合剂在许多应用中都至关重要。在过早失效之前，以实时、便捷的方式监测粘合剂的附着力至关重要，但也是具有挑战性的。
2024年9月28日，华中科技大学化学与化工学院朱锦涛教授、张连斌教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Structurally-colored adhesives for sensitive, high-resolution, and non-invasive adhesion self-monitoring》的研究论文，团队成员吕全乾为论文第一作者，朱锦涛教授、张连斌教授为论文共同作者。
朱锦涛，华中科技大学化学与化工学院教授、华中科技大学研究生院院长，国家杰青，国家“万人计划”科技创新领军人才。2000年、2002年本硕毕业于湖南大学，2005年在中科院长春应用化学研究所取得博士学位，2005-2006年在加拿大阿尔伯特大学担任Postdoctoral Fellow，2006-2009年美国麻省大学阿莫斯特校区担任Postdoctoral Researcher，2009年加入华中科技大学。
朱锦涛教授的主要从事聚合物有序结构材料的构筑及其光电存储性能、生物医用与防护材料及在组织修复与治疗领域应用的研究，已在Nat. Commun.、 JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Biomaterials、Macromolecules等期刊上发表论文160余篇；出版中英文专著3章；申请中国发明专利53项（已授权15项）。
张连斌，华中科技大学化学与化工学院教授，国家优青。2005年、2010年于吉林大学获得学士、博士学位，博士毕业后先后在香港科技大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学从事博士后研究工作。2012年任沙特阿卜杜拉国王科技大学研究员。2016年加入华中科技大学。
张连斌教授主要从事超分子聚合物有序复合光功能材料与仿生聚合物皮肤创伤愈合材料方面的研究。以第一以及通讯作者在Adv. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文70余篇，SCI他引超4000次。
在此，作者提出了一种结构彩色粘合剂。它可以通过明显的颜色变化来检测细微的变形和脱粘，从而实现对粘合的灵敏、高分辨率和非侵入性的自我监测。
结构彩色粘合剂是通过将一维光子纳米链整合到示例性丙烯酸酯共聚物基粘合剂中而设计的，并通过纳米链在剪切下的独特倾斜机制表现出独特的变色能力。
这种结构彩色粘合剂可定制为压敏粘合剂和结构粘合剂，具有超快响应（小于60ms）、高灵敏度和高分辨率（约120μm）的特点。
此外，在成像系统和机器学习算法的辅助下，它可以实现对粘附状态和过早失效的预测，平均准确率高达97.2%。
这种结构彩色粘合剂有望为物联网时代的结构健康监测提供实用范例。
图1：结构彩色粘合剂用于粘附自监测
图2：结构彩色粘合剂的制造及其颜色变化
图3：结构彩色粘合剂的机械和粘附性能
图4：结构彩色压敏粘合剂（PSA）帮助合规操作并通过颜色变化监测界面粘附
图5：结构彩色结构粘合剂通过位移-粘附-颜色变化自监测粘附性能
图6：结构彩色粘合剂通过机器学习和图像分析进行非侵入性和实时粘附状态监测以及过早粘附失败的预警
综上，该研究制备了一种结构彩色粘合剂，能够通过颜色变化灵敏、高分辨率、非侵入性地自我监测粘合状态。这项研究提供了一种新的粘合状态监测方法，这对于预防粘合失效和相关灾难性后果具有重要意义。在物联网时代，这种粘合剂可以用于实时监测结构健康，例如在可植入设备、可穿戴电子和软机器人等领域。此外，它还可以用于需要实时监测粘合状态的各种工业和民用领域，提供一种直观、有效的粘合质量反馈和界面粘接失效的预警。
Lyu, Q., Li, M., Zhang, L.et al. Structurally-colored adhesives for sensitive, high-resolution, and non-invasive adhesion self-monitoring. Nat Commun 15, 8419 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52794-5
