金属对金属粘合剂在包括汽车、航空航天和工业装配在内的各个领域都至关重要。然而，传统的黏附检测方法主要基于断裂机理，给无损检测带来了挑战。本文提出了一种利用电信号实时监测金属界面粘附状态的非破坏性方法。该方法利用聚离子液体(PIL)合成的可检测胶粘剂(DA)，不仅具有强大的粘附性能(4.9 MPa)，而且具有离子导体的功能。通过将电容和电阻的变化与粘合剂状态相关联，该方法可以对固化过程进行现场监测，预测粘合强度，并早期发现潜在故障。这种结合电气和机械方面的双传感能力，增强了对不同条件下粘合剂行为的理解，为数字化改造粘合剂技术提供了一种新的方法。
图解
图1: 可检测粘合剂的图示。a) DA设计思路及样品等效电路图，由附着物(金属)和粘合剂(DA)组成。b)电信号与粘附强度的关系(电容对应界面粘附强度，电阻对应内聚粘附强度)。c)电化学双层(EDL)示意图。d) DA的化学结构。
图2：DA的结构和基本性能表征。a) DA的小角x射线散射(SAXS)表征。b) DA系列的差示扫描量热法(DSC)，升温速率为10°C min - 1。c)拉伸速率为100mm min−1时DA系列的拉伸应力-应变曲线。d) DA系列304不锈钢搭接剪切应力曲线;粘附面积为(1 × 1 cm)，应变速率为100mm min−1。e) DA-1与各种材料的搭接剪切粘接强度。f) DA-1粘接304不锈钢的数字图片。粘附面积为8cm−2，材料可承受作者(80公斤)进行引体向上。
图3：粘合剂固化过程的现场表征。a)聚合过程示意图。b) DA-1的紫外光流变试验。样品在405 nm紫外光下每2 s暴露后，在振荡模式(0.1%应变)下进行测试。c)用1khz的电信号对聚合过程进行现场观察。
图4：a)粘接剂(DA-1)与被粘接剂(304不锈钢)界面的扫描电镜(SEM)图像。b)不同加工温度下DA-1 30min的电容和粘附强度。c)不同预压力下DA-1 30min的电容和粘附强度。d)电容与粘附强度的关系。e)外加电场作用下的粘附样品示意图。f)不同电场作用次数下DA-1的电容和粘附强度。g) DA-1在50℃下的电场流变试验。
图5：对胶粘剂进行实时监测和故障预警。a)拉伸试验时两个304不锈钢衬底间DA-1键合的电容和电阻响应曲线。b)无线同步粘连检测平台工作原理，采用蓝牙技术进行数据传输，三态LED指示灯进行状态可视化报告。c)视觉指示led与粘合剂的机械状态相关:绿色表示原始状态，黄色表示在张力下的拉伸状态，红色表示断裂状态，提供每个阶段粘合完整性的即时视觉提示。
结论
这项工作提出了一种非破坏性的方法来评估粘合状态，使用电信号测量与基于pili的可检测粘合剂。电容用于评估界面粘附，而电阻用于测量内聚粘附，从而允许对粘附状态进行现场监测。通过综合拉伸断裂和电学试验，确定了材料的力学强度与电学性能之间的相关性。为了增强这些功能，我们将蓝牙技术集成到我们的系统中，实现对粘合剂状况的无线实时监控，这对于高可靠性应用中的预测性维护尤为重要。然而，挑战仍然存在，特别是在非金属材料的粘附检测中，其中有效电化学双层(EDL)的形成受到限制，导致可检测的电容降低。尽管存在这些挑战，但我们的研究为一个新的信息平台奠定了基础，该平台可能会对智能机器人和物联网领域产生重大影响。
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原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202413799
