当施加一个小电场时，电导体可以强而可逆地粘附在软物质上，如凝胶或植物和动物组织。这一惊人的发现可能会在生物医学、材料或机器人应用中得到应用。领导这项研究的Srinivasa Raghavan说:“我觉得我发现了自然界的一个秘密。”

　　只要通电，鸡肉和番茄就能永久粘在金属等坚硬的表面上

　　一般来说，软性凝胶状物质和硬固体之间的粘附只有通过某种方式进行修饰的材料才能实现，比如叠氮化物和炔(通过环加成反应连接)，或者儿茶酚基(模仿贻贝粘在岩石表面上的方式)。先前的研究表明，阳离子和阴离子凝胶可以通过施加一个小的外部电场来粘附，Raghavan小组已经证明，这种电粘附在凝胶和天然阴离子动物组织之间起作用。

　　现在，Raghavan和他的博士生Wenhao Xu和Faraz Burni发现，坚硬的导电材料，如石墨、锡、铜和铅，可以可逆地电粘附在一系列柔软的含水物质上。通过在两个表面短时间内施加低直流电荷，这些软硬材料的结合强度超过150kPa，比之前在两种凝胶之间看到的强度高一个数量级。

　　研究小组发现，阴离子凝胶、阳离子凝胶和非离子凝胶(包括含有足够盐含量的水果和动物组织)都可以发生硬-软电粘附，但一些阴离子凝胶只在阳极上粘附，而另一些只在阴极上粘附。使用丙烯酰胺水凝胶来屏蔽导电金属，他们发现硬-软电粘附只发生在阳极，并且与电化学系列相关。具有正还原电位的相对惰性金属，如锡和铜，粘附在凝胶上，而具有负还原电位的活性金属，如钛和铁，则不能粘附。研究人员推测，活性较低的金属可以使凝胶的聚合物链氧化，并与金属表面建立化学键。当电场的极性反转时，聚合物被还原，键合结束。

　　从阳极附近采集的丙烯酰胺凝胶切片的比较表明，电化学反应消耗了酰胺基团并产生了新的难以识别的键。由于硬-软电粘附在各种导体和凝胶状材料上都是可能的，电化学变化的确切性质将根据成分的化学性质而有所不同。Raghavan说:“我们已经利用光谱技术揭示了一些机制，但我们还远远不能完全理解发生了什么。”“我不明白为什么在某些情况下它不起作用，但在很多情况下它确实起作用了。这就是整个现象的独特、不同和出人意料之处。”

　　为了展示潜在的应用，研究小组使用硬-软电粘附来构建具有水凝胶电解质组件的电池，能够拾取和掉落凝胶的电夹具，以及硬和软材料的承重组合。这些实验是作为概念验证的演示，但该团队还不确定他们的新技术可以在哪里找到用途。“我们发现了一个新现象。Raghavan说:“我们有一些新的材料特性，但它的应用前景还有待观察。”“在这方面，故事还没有完成。”

　　美国宾夕法尼亚大学工程与应用力学教授凯文·特纳(Kevin Turner)认为这项研究很有吸引力。“这是一个非常令人惊讶的结果，不仅可以形成键，而且它本质上是电化学的，可以逆转。”他认为，硬-软电粘合在水中的功能将会在医学和医疗保健领域带来有用的应用。他解释说:“这项技术的独特之处在于，它能够在水环境中形成化学键，因为许多其他方法很难做到这一点。”特纳还对抓握的潜在应用很感兴趣——“如果有办法提高速度，我认为它可以在拾取和放置类型的加工和机器人应用中开辟许多机会。”

　　Raghavan计划继续尝试了解硬-软电粘合的应用及其背后的机制，但首先需要资金。“这些都是在外面做的。我们从来没有得到任何资金。所以，我认为这是我需要开始的地方。”

　　Ada一直是Digital公司

　　自2023年2月起担任化学世界的内容助理。自2016年以来，Ada一直是一名科学作家，她曾与麦吉尔科学与社会办公室、怀疑论询问者、SciMoms、Atlas Obscura和现在的化学世界合作。查看完整档案