東北大學等解開黏著劑的黏著/剝離機制

 

刊登日期:2024/4/10
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日本東北大學與Japan Fine Ceramics Center(JFCC)等合作,發現無機材料表面的化學狀態對有機材料(黏著劑)的界面剝離狀態與黏著強度有極大影響,此項發現係透過最先進的穿透式電子顯微鏡(TEM)量測技術結合分子模擬,實現全球首度的分子等級解析成果。
 
影響黏著現象的因素可大致分成化學相互作用與機械相互作用,但兩項相互作用與黏著/剝離現象之間的關連性尚未完全解明。特別是無機材料的表面化學狀態對黏著劑的分子構造、界面剝離行為的影響,幾乎是未知狀態。此次研究為了排除機械性相互作用的影響,特別設計出在表面平滑的矽(Si)基板上塗佈環氧樹脂並予以加熱硬化,僅就化學性相互作用進行評估的黏著界面。研究團隊使用掃描穿透電子顯微鏡(STEM)進行電子能量損失光譜(EELS)測試,以超高分解能分析黏著界面的化學組成。
 
取得化學組成分佈後應用黏著界面的計算模型中,並套用在反應硬化分子動力學模擬系統,確立了黏著面附近環氧樹脂的架橋構造、對矽基板表面的吸著狀態等的可視化手法。以這些手法得到的分析結果可知,黏著界面除了已知的樹脂與基板間氫結合等分子間的相互作用之外,隨著矽基板的表面化學狀態,存在於界面附近的環氧樹脂的當量比會有所增減。隨著當量比的變化,環氧樹脂的架橋構造或樹脂的機械特性也會有巨大的改變。此外,當環氧樹脂剝離後,矽基板表面會有微量樹脂殘留,隨著矽基板表面化學狀態差異,殘存樹脂的厚度也不一樣。
 
此次的研究成果解開了黏著面附近分子構造與巨觀物性之間的相關性,今後可望藉此開發出具有優異耐久性之複合材料、低環境負荷之黏著技術。

資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/240312_tohoku-univ.html
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