德国和美国的研究人员找到了为什么软固体容易粘附在表面但难以去除的新解释。尽管专家们长期以来一直假设各种化学过程和材料特定的特性可能在这种所谓的粘合剂滞后现象中发挥作用，但弗莱堡大学、匹兹堡大学和阿克伦大学的一个团队现在表明，仅表面粗糙度就足以解释这一现象。研究小组表示，这一发现可能从根本上改变我们对软材料粘性的看法。
如果您发现将物体粘在某物上很容易，但一旦粘住就几乎不可能将其从物体上取下，那么您就观察到了粘合滞后现象。 “任何软材料在接触时都会表现出这种滞后现象，”团队联合负责人解释道 拉尔斯·帕斯图卡，一位物理学家在 弗莱堡微系统工程系。 “透明胶带和便利贴很容易粘贴，但很难撕下来。”
1966 年，试图解释这种行为的科学家制定了一条称为达尔奎斯特标准的经验法则。该标准规定，如果材料非常柔软（Pastewka 所说的有时被翻译为要求杨氏模量小于 0.1 MPa），则在推动接触时它将“粘合”，并且在释放时将保持这种“粘合”。
在这项新研究中，帕斯图卡说：“我们证明不存在真正的‘键’，但粗糙度固定了接触线，从而为达尔奎斯特准则提供了物理解释。”
“粘滑”不稳定性会消耗能量
为了得出这个结论，Pastewka 和弗莱堡的同事以及 LIVMatS 卓越集群 开发了将工程和物理学的不同领域编织在一起的模型。这些内容包括标准接触和断裂力学，以及对随机介质中弹性线的更抽象研究（该主题属于处理复杂系统的物理学分支）。这些模型的结果显示，当弹性体的周边相互接触时，会发生离散的“跳跃”，称为粘滑不稳定性。
这些粘滑不稳定性会消耗能量并导致滞后，帕斯图卡说，他在弗莱堡的理论和建模小组假设它们也可能在粘附中发挥作用。 “为了证实这一点，我们要求阿克伦的实验同事检查他们的测量结果，”他说。 “他们也看到了这些跳跃。”
过去的假设
科学家此前曾提出，软固体中的粘附滞后可能是由粘弹性能的耗散引起的，即材料在接触过程中变形时以热量损失的能量。如果材料在接触过程中压缩并在释放过程中膨胀，这些能量损失将抵消接触表面的运动，从而增加分离过程中的粘合力。
另一种解释集中在称为接触老化的过程上，该过程涉及接触表面上化学键的形成。在这个假设下，接触时间越长，粘附力就越大。
尽管这两种解释在物理上听起来都是合理的，但“我们的模拟表明，无需这些特定的能量耗散机制就可以解释观察到的滞后现象，”说 安托万桑纳是弗莱堡大学的博士后研究员，完成了该研究的大部分理论工作。 “我们的数值模型中能量耗散的唯一来源是接触边缘的突然跳跃运动，这是由表面粗糙度引起的。”
简化粘合剂的设计
由于设计为粘性的材料系统通常也设计为粘弹性的，Pastewka 表示，这项新工作可能会简化（可逆）粘合剂的设计。这种粘合剂可用于软机器人的运动，其中需要控制机器人接触肢体的承载能力。另一个应用可能是制造工厂的拾放系统，这些系统越来越依赖软机器人。
气泡使绷带更粘
这项研究中描述的过程也受到界面水桥的影响，研究人员表示，他们现在正在探索水对粘附的影响，特别是毛细管粘附的形式。 “由于水无处不在，我相信大多数粘合接头至少在一定程度上是由水介导的，”帕斯图卡说。 “因此，我们也许能够为界面处的毛细管构建类似（甚至更简单）的模型。”
根据 Pastewka 的说法，所有这些对于一个研究项目来说都是一个有点令人惊讶的结果，该项目最初专注于摩擦起电——相互接触的表面带电的现象。这种效应可用于能量收集，它也与雷暴期间云层充电并产生闪电的过程有关。 “之前的研究表明，电荷以界面上的特定模式出现，我们认为这可能与界面如何分离有关，”Pastewka 说道 物理世界。 “这就是为什么我们决定研究分离过程的细节并发现粘滑不稳定的原因。”
这项工作在 科学进展.
