自19世紀90年代納米科學和納米技術的發展以來，壁虎蜥蜴強大的攀爬和運動能力在 2000 年發表在《Nature》雜誌上的具有里程碑意義的論文中被再次曝光。這一跨學科領域重新煥發活力。考慮到在接合狀態下黏合力的強度和穩定性，壁虎乾式黏合劑結構中的易拆卸或易剝離機制是令人驚訝的事實之一。之前的研究表明壁虎腳趾的過度伸展(DH)是實現輕鬆快速分離和主動自潔的關鍵因素。傳統的黏合劑材料（例如，強力膠或壓敏黏合劑 [PSA]）需要大量的能量才能從附着的基材上去除，這使得分離過程變得困難並且黏合劑不可重複使用。因此，壁虎步態特徵和特殊的腳趾結構為開發具有集成功能、主動可調性和快速切換能力的智能幹式黏合劑系統提供了理想的仿生靈感。
圖1 仿生可逆黏附表面設計機理
在此製備了具有優異光熱性能的近紅外響應MoO3-x量子點。將高性能MoO3-x量子點為填料引入到PDMS柱陣列中，以合成一種新型的可逆干黏合劑。(圖 1)結果表明，在808 nm近紅外激光照射下，MoO3-x量子點在PDMS內部產生熱量分布和溫度梯度，導致黏合劑的微柱表面發生不均勻膨脹，黏合劑貼片捲曲向上。這種形態變化通過自剝離過程減少了黏合劑與基材的接觸面積，從而減少了與基材的黏合和分離。這種新型仿生表面簡單且易於控制。可通過遠程激光產生外部刺激，使黏附劑能夠自發脫落，避免意外撕裂。這項工作中提出的機制促使自清潔表面和可控附着力研究的更多改進，以實現在極端環境下的穩定和安全運行。這種可控表面適用於許多工程領域，例如攀爬機器人、空間黏合裝置、自清潔表面和先進的抓取技術等。
圖2 MoO3-x量子點的合成與表徵
圖3 PDMS-MoO3-x的合成過程和光熱效應
圖4 PDMS-MoO3-x微觀黏附力測試
圖5 PDMS-MoO3-x仿生表面用於機械抓手和遠程脫附
相關論文以題為Gecko Inspired Reversible Adhesion via Quantum Dots Enabled Photo-Detachment發表在《Chemical Engineering Journal》上。通訊作者是中國石油大學（北京）徐泉教授。第一作者為中國石油大學（北京）新能源與材料學院研究生米媛媛和博士生牛迎春。文章鏈接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S1385-8947(21)05655-2
本課題組長期從事仿生可控黏附領域的相關工作及其工程應用，徐泉教授現擔任碳中和未來技術學院副院長，Petroleum Science副主編與國際仿生工程協會高級會員。前期在Nature Communications, AdvancedScience, Materials Horizons，Nano Energy等國際期刊上發表代表性學術論文編寫《能源仿生學》ISBN：978-7-5114-6097-4本科教材，未來將進一步發展仿生黏附等領域在碳中和與新能源儲能方向的應用。
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