智能干粘合剂是一类快速发展的智能材料与结构，其设计旨在需要时提供强大、坚固的粘附力，同时也能响应特定刺激实现可控的、便捷的剥离。传统的智能粘合剂，通常以弹性体制成的纤维状结构为例，面临诸多挑战。这些挑战包括微观结构尺寸对最大粘附强度的限制、对不同粗糙度表面适应性的局限，以及粘附强度与可切换性之间固有的权衡。本综述探讨了形状记忆聚合物如何解决这些挑战，并借助其橡胶态到玻璃态的转变能力，为下一代智能干粘合剂提供强大基础。具体而言，我们总结并阐明了形状记忆聚合物通过可调刚度、形状锁定和形状记忆效应等材料特性来增强粘附强度和可切换性的机制。此外，我们讨论了形状记忆聚合物粘合剂广泛的创新设计与应用，并对这一快速发展领域当前面临的挑战与新兴机遇提出了见解。

一、引言

智能粘合剂能够提供强大而坚固的粘附力，同时在需要时允许温和且不费力的剥离。在自然界中，昆虫、壁虎、蜗牛、树蛙、吸盘鱼和章鱼等生物有机体已经进化出各种结构和机制来实现可逆的粘附。其中，以壁虎为代表的、以范德华力等物理相互作用为主导的干性粘附，能够在不依赖任何液体或胶水的情况下，在粗糙表面上实现灵活的附着。这引发了包括软体夹持器、机器人技术、航空航天、可穿戴设备、生物医学、3D打印和先进制造在内的多个应用领域的极大兴趣。

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传统的智能干粘合剂通常由弹性体构成，通过仿生纤维状微观结构设计，可以实现与壁虎相当的粘附强度（约100千帕）。虽然这些智能干粘合剂显示出巨大的潜力，但由于一些局限性，它们在实际工程领域的应用仍面临挑战。一个关键问题是，随着微观结构尺寸的增大，粘附强度会迅速下降，这限制了它们的承载能力。此外，这些设计通常对粗糙表面的适应性较差，限制了它们在现实世界（表面很少完全光滑）应用中的有效性。再者，在粘附强度与可切换性（定义为最大粘附负载与最小剥离负载之比）之间取得平衡已被证明是困难的，因为提升其中一项往往以牺牲另一项为代价。

智能材料的出现为解决弹性体粘合剂现有的一些挑战开辟了新途径。在这些材料中，形状记忆聚合物凭借其独特的特性，包括形状记忆/锁定效应、适应性和可调刚度，已成为下一代智能干粘合剂的有力候选者。最近，随着对支撑SMP粘附力学原理的深入理解，在结构设计和粘附可调性方面都取得了显著进展，有助于克服基于弹性体的智能干粘合剂所面临的局限。

本文综述了基于SMP的智能干粘合剂这一新兴领域为解决挑战所做的持续努力。第2节总结并比较了自然界中发现的两种主要生物粘附方法：纤维状粘合剂（以壁虎为例）和橡胶态到玻璃态粘合剂（以蜗牛和藤壶为例），以及受这些机制启发的各种SMP粘合剂设计。第3节接着讨论了SMP作为开发先进智能干粘合剂有前景材料的关键特性。第4节重新审视了使SMP粘合剂能够通过橡胶态到玻璃态粘附机制克服各种粘附挑战的基本力学性能和原理。第5节探讨了利用多种SMP特性的结构设计，并审视了SMP粘合剂在机器人技术、可穿戴技术和先进制造等领域的实际应用。最后，本文对SMP粘合剂未来潜在的发展方向进行了展望。

二、典型的天然与仿生干粘合剂

在宏观尺度上实现可观测的粘附力并非易事，因为尽管在原子尺度上存在显著的吸引力，但大多数固体物体彼此间并不表现出粘附。这种现象有时被称为“粘附悖论”。广泛的研究表明，表面粗糙度是阻止宏观固体物体相互粘附的主要因素。即使一个粗糙表面在足够的预载荷下完全贴合另一个表面，接触体内的复杂应力场以及接触界面附近储存的应变能也会阻碍稳定的粘附。只有当实现与粗糙表面共形接触所需的弹性能量小于接触过程中释放的表面能时，才会发生可检测的粘附。因此，为了实现宏观物体之间的强粘附，必须至少满足以下条件之一：两个固体表面在原子尺度上必须足够光滑，或者其中一个必须异常柔软。

动物们已经发展出精妙的策略，通过用于移动、攀爬和捕食的可切换粘附系统的复杂设计，来解决“粘附悖论”。本节将回顾自然界中成功克服粘附悖论的两种主要干粘附结构：纤维状粘合剂，它已被广泛研究并启发了一系列可制造的智能粘合剂；以及橡胶态到玻璃态粘合剂，它最近引起了关注。

2.1 纤维状粘合剂

在自然界中，许多生物通过将坚硬材料组织成纤维状结构，进化出了柔顺的粘附垫。图1a展示了在甲虫、苍蝇、蜘蛛和壁虎身上发现的纤维状粘附结构。以壁虎为例，这些结构允许通过范德华相互作用在粗糙表面上实现强粘附和可调粘附。作为一种相对较大的生物，壁虎脚上拥有数百万根称为刚毛的角蛋白毛发，每根刚毛长度在30至130微米之间。每根刚毛包含数百个称为匙突的突起，半径约为100纳米。

图1. 自然界中的智能粘合剂。 (a) 自然界中的纤维状粘附结构。 (b) 纤维状粘合剂的机制：(i) 对粗糙表面的适应性；(ii) 说明尺寸效应及通过减小纤维尺寸最大化粘附强度的示意图；(iii) 剥离力对壁虎刚毛剥离角度的依赖性。 (c) 自然界中的橡胶态到玻璃态粘附结构：(i) 蜗牛附着在粗糙树皮上；(ii) 蜗牛粘附结构示意图；(iii) 藤壶附着在鲸鱼皮肤上；(iv) 藤壶粘附结构示意图。 (d) 使用形状记忆聚合物的橡胶态到玻璃态粘合剂在粗糙表面的自适应机制。

虽然主要由杨氏模量约为1吉帕的较硬材料β-角蛋白构成，但得益于其分层的纤维状结构，壁虎粘附垫的有效模量可低至100千帕。这满足了Dahlquist准则在大多数粗糙表面上实现粘附性的要求，如图1bi所示。这种分层结构使得弹性纤维能够通过独立变形与不平坦表面接触，最大化接触面积并最小化接触过程中的应变能。此外，这些纤维通常非常小，确保了均匀的应力分布，从而最大化承载能力。再者，这些粘附纤维通常是倾斜的，并且根据剥离角度表现出各向异性的粘附强度，使得壁虎能够通过不同肌肉的受控反向卷曲动作来实现可切换的粘附。

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在昆虫和动物（如壁虎）身上发现的纤维状粘附结构，为开发合成的智能干粘合剂提供了一个绝佳的模型。在壁虎的微观粘附机制被揭示后不久，研究人员于2003年利用微加工的柔性塑料柱阵列开发了“壁虎胶带”的原型。随后，研究人员使用碳纳米管阵列创造了另一种智能干粘合剂，其粘附强度达到了壁虎脚的近10倍。自那时起，众多受壁虎启发的合成纤维状粘合剂被开发出来，并通过几何形状优化和梯度模量设计得到了进一步改进。这些合成粘合剂在机器人技术、航空航天、生物医学工程、可穿戴电子设备和先进制造等领域展现出了广阔的应用潜力。

尽管如此，纤维状干粘合剂的实际应用（通常由弹性体制成）仍然受到弹性体粘合剂固有挑战的限制。首先，纤维状结构存在尺寸效应，导致随着结构特征尺寸的增大，粘附强度显著降低。这种尺寸效应将传统的智能干粘合剂限制在纳米/微米尺度，这大大增加了制造难度和成本。其次，由于接触过程中的弹性变形以及接触后弹性体的回弹，即使表面粗糙度轻微增加也会导致粘附强度迅速下降，进一步限制了它们的实际应用。最后，弹性体粘合剂面临着“可切换性冲突”的挑战，即粘附强度的增强通常伴随着可切换性的降低，使得强纤维状粘合剂的剥离变得困难。

2.2 橡胶态到玻璃态粘合剂

与壁虎相比，藤壶和休眠的蜗牛进化出了一种不同的粘附策略（图1c）。这些生物体首先在柔软的橡胶态实现与粗糙表面的共形接触，然后通过其粘附材料发生橡胶态到玻璃态的相变来锁定接触并提供超强粘附力。例如，当蜗牛即将进入休眠状态时，它会分泌剪切模量为0.1千帕的柔软黏液。干燥后，黏液硬化成剪切模量为1吉帕的坚硬玻璃状膜，与表面紧密互锁。一旦休眠结束，膜软化，蜗牛便可以从表面脱离。这种基于形状锁定机制的、超强且高度可逆的粘附，克服了适应粗糙表面的挑战，同时平衡了粘附强度与可切换性。类似地，藤壶分泌粘合剂，固化后锁定接触，从而增强其与附着表面的粘附强度。值得注意的是，这是通过相对简单的宏观块状几何结构实现的，与纤维状粘合剂中复杂的微观分层纤维形成对比，如表1所总结。

然而，天然橡胶态到玻璃态粘合剂的响应时间通常长达数小时至数天，显著长于纤维状粘合剂，如表1详述。因此，除非改进以缩短响应时间，否则橡胶态到玻璃态粘合剂仅适用于需要长期粘附且响应速度不关键的应用场景。幸运的是，科学家们开发出了形状记忆聚合物等智能材料，它们具有模量可调、形状锁定和形状恢复等关键特性，类似于天然的橡胶态到玻璃态粘附材料。使用形状记忆聚合物，可以通过橡胶态到玻璃态转变实现响应快速、强韧且可切换的粘附，如图1d所示。可调模量允许在橡胶态低压力下实现共形接触，适应粗糙表面（图1di, ii）。与常规弹性体因被迫接触粗糙表面而产生的弹性应力场在接触界面产生阻力不同，形状记忆聚合物中的弹性应力可以在橡胶态到玻璃态转变后通过形状锁定储存在玻璃态。当在外部刺激下返回橡胶态时，形状记忆聚合物恢复其原始形状并释放储存的应变能，从而实现轻松剥离。

表1从结构和性能角度比较了两种典型的可逆强粘附机制——纤维状粘合剂和橡胶态到玻璃态粘合剂。比较显示，纤维状粘合剂具有更快的驱动速度，使其成为需要快速运动转换场景的理想选择。相比之下，橡胶态到玻璃态粘合剂表现出更强的粘附强度和对粗糙表面更好的适应性。此外，橡胶态到玻璃态粘合剂结构更简单，使其设计和制造在实际应用中更具实用性和成本效益。

表1. 纤维状粘合剂与橡胶态到玻璃态粘合剂的比较。

三、形状记忆聚合物作为粘合材料

形状记忆聚合物以其显著的形状记忆效应而闻名。作为轻质、高应变且具有成本效益的智能材料，它们已广泛应用于航空航天、生物医学工程和柔性电子等领域。最近，形状记忆聚合物因其独特的力学行为而在智能粘合剂领域引起了广泛关注，这些行为与自然界中可逆的橡胶态到玻璃态粘附机制非常相似。本节简要概述了形状记忆/锁定效应以及形状记忆聚合物的力学原理，这些是基于形状记忆聚合物的橡胶态到玻璃态粘合剂开发的基础。

3.1 形状记忆聚合物历史简述

1941年，研究人员引入了“弹性记忆”这一术语，来描述他们先前在一种热塑性合成树脂中观察到的形状记忆效应。虽然形状记忆聚合物在热缩管中找到了早期应用，但其发展一直不足，直到形状记忆合金的潜力重新激发了人们对具有类似形状记忆特性的材料的兴趣。从20世纪80年代起，形状记忆聚合物开始作为商业产品获得关注。1984年，一家法国公司开发了一种形状记忆聚降冰片烯，后来在日本实现了商业化。20世纪90年代，利用熔融转变的形状记忆水凝胶和形状记忆聚合物得以发展。进入21世纪，Composite Technology Development Inc. 开发了形状记忆环氧树脂系列，同时另一家研究机构也开发了相应的产品系列；这两个产品系列都实现了商业化，并已广泛用于后续的研究。自21世纪初以来，已报道的形状记忆效应范围不断扩大，形状记忆聚合物的应用也显著扩展，全面的综述从不同角度提供了详细的见解。

3.2 形状记忆效应与形状锁定效应

3.2.1 SME/SLE 基本原理

形状记忆效应/形状锁定效应通过形状记忆循环得以体现，如图2a所示的一种典型热响应形状记忆聚合物。形状记忆循环包含两个主要阶段：编程过程（如图2ai-iii所示）和恢复过程（如图2aiii-iv所示）。最初，如图2ai所示，形状记忆聚合物保持其原始形状。在编程过程中，形状记忆聚合物被加热，并在外部载荷下变形为临时形状（图2aii）。冷却后，即使在移除载荷后，形状记忆聚合物仍保持此临时形状（图2aiii）。这种保持临时形状的能力被称为形状锁定。当再次加热时，形状记忆聚合物恢复到其原始形状（图2aiv），完成恢复过程。形状记忆聚合物响应外部刺激返回原始形状的能力被称为形状记忆。

图2. 形状记忆聚合物的特性。 (a) 展示典型热控形状记忆聚合物形状记忆循环的示意图。 (i-iii) 编程过程：(i) 制备的形状记忆聚合物的原始形状；(ii) 加热至柔软橡胶态时在外部载荷下的变形；(iii) 冷却至玻璃态时临时形状的锁定。(iii-iv) 恢复循环：形状记忆聚合物再次加热时恢复至原始形状。 (b) 典型热控形状记忆聚合物的可调力学行为。当加热至玻璃化转变温度以上时，形状记忆聚合物的模量急剧下降。插图说明了形状记忆聚合物从坚硬的玻璃态转变为柔软的橡胶态时，在轻柔压力下对粗糙表面的适应性。 (c) 热固性形状记忆聚合物在形状记忆循环中不同状态下的流变学模型。该模型由一个代表熵引起的弹性的熵弹簧和一个描述链段引起的弹性的麦克斯韦组件并联组成。(i, iii) 玻璃态：链段运动受限，原子位置固定（粘壶锁定），宏观变形主要引起共价键变形，熵弹簧由于其低刚度贡献极小。(ii, iv) 橡胶态：链段自由运动（粘壶解锁），由于内部共价键力的松弛，熵弹性对形状记忆聚合物的弹性贡献主要。每个插图对应于图2a中相同编号的阶段。 (d) 形状记忆聚合物在形状记忆循环中的热机械响应。点I：对应于图2ai, ci的原始状态。点II：对应于图2aii, cii的橡胶态。点III：对应于图2aiii, ciii的临时状态。点IV：对应于图2aiv, civ的恢复状态。点I’：形状记忆循环后恢复的原始状态。由于非理想的形状记忆效应/形状锁定效应，此点可能与点I不完全重合。

图2a中编程和恢复过程的启动与终止通常由环境温度的变化控制。此外，各种专门设计的形状记忆聚合物和形状记忆聚合物复合材料可以被设计成响应其他刺激，包括光、湿度、pH值、电场和磁场。这些形状记忆聚合物和形状记忆聚合物复合材料利用不同的形状记忆效应/形状锁定效应机制，例如玻璃化转变和熔融结晶，并表现出独特的力学行为。本节主要关注基于热致玻璃化转变的、在工程应用中得到最广泛开发的形状记忆聚合物。

3.2.2 SME/SLE 机制

热响应形状记忆聚合物的力学行为高度依赖于温度，如图2b所示，这主要归因于玻璃化转变。发生该转变的临界温度称为玻璃化转变温度。在T_g以下，形状记忆聚合物呈现坚硬的玻璃态，类似于坚固的工程塑料，为承载应用提供优异的刚度和强度。在T_g以上，它们转变为柔软的橡胶态，类似于具有显著延伸性的高弹性橡胶。这种柔软性和延伸性增强了它们对表面粗糙度的适应性，使其能够形成共形接触。这两种状态下机械性能的巨大差异表明，在形状记忆聚合物网络中存在两种不同的弹性来源，每种对温度变化的响应各不相同。

图2c使用流变模型说明了形状记忆聚合物可变弹性背后的机制，其中顶部支路的熵弹簧代表由熵驱动的弹性，底部支路的麦克斯韦组件反映了由链段运动引起的弹性。图2ci, iii描绘了形状记忆聚合物处于玻璃态的情况，此时链段运动受限，原子排列保持固定，表现为粘壶的锁定。在此状态下，宏观变形主要导致共价键变形，熵弹簧由于其低刚度而贡献极小。相比之下，图2cii, iv说明了形状记忆聚合物处于橡胶态的情况，此时粘壶解锁，链段可以自由运动。这种自由度降低了共价键上的内力，使得熵弹性成为形状记忆聚合物弹性的主导因素。

3.2.3 双向与多向形状记忆聚合物

从形状记忆循环的角度看，典型的形状记忆聚合物只有一个临时形状，而双向形状记忆聚合物或多向形状记忆聚合物可以通过超越典型形状记忆聚合物的特定编程过程，保留两个或更多的临时形状，如图2a所示。

通过将分子策略（例如液晶弹性体网络和半结晶网络）引入典型形状记忆聚合物，改性材料可以实现两种不同形状之间的可逆转变，这种现象被称为双向形状记忆效应。根据是否需要外部应力来实现可逆变形，双向形状记忆聚合物分为无应力依赖型和应力依赖型。

在无应力依赖型中，在室温下已编程为临时形状的形状记忆聚合物，在加热时会发生显著变形，并在冷却时恢复到其临时形状。只要温度保持在玻璃化转变温度T_g以下，这个循环就可以重复。当加热到T_g以上时，形状记忆聚合物会恢复到其原始形状。相比之下，应力依赖型的双向形状记忆聚合物需要施加外部载荷才能实现可逆变形。

多向形状记忆聚合物能够使单一聚合物实现多个临时形状，这可以通过离散的转变温度或较宽的转变温度范围来实现。与双向形状记忆聚合物不同，多向形状记忆聚合物需要特定的编程过程来展现多个临时形状，这被称为多形状记忆效应。为了展示多形状记忆效应，必须在多个温度阶段对形状记忆聚合物进行编程。例如，在一个具有两个玻璃化转变温度（T_g1 < T_g2）的三重形状记忆聚合物中，材料首先被加热到T_g2以上并塑造成临时形状1。在保持外部应力的同时，将其冷却到介于T_g1和T_g2之间的温度，并转变为临时形状2，然后在应力下进一步冷却到T_g1以下。重新加热时，形状记忆聚合物首先从临时形状2恢复到临时形状1（在T_g1 < T < T_g2的温度下），最后在高于T_g2的温度下恢复到其原始形状。

双向和多向形状记忆聚合物的形状记忆循环是典型形状记忆循环的扩展，在智能粘合剂中具有更大的潜力。例如，双向形状记忆聚合物可以在两个粘附水平之间可靠地切换，而多向形状记忆聚合物能够实现多个可切换的粘附水平，从而显著扩展了智能粘合剂应用的实用性。

3.3 形状记忆聚合物的力学行为

3.3.1 非理想形状记忆循环

图2d展示了一个形状记忆循环中典型的应力-应变-温度曲线。点I到点IV对应图2a,c中相同编号的状态。图2c中的流变模型也有助于理解图2d所示每个阶段的力学行为。然而，该曲线突显了在实际形状记忆循环中与理想流变模型的偏差，这主要源于不完全的形状锁定和形状记忆。不完全的形状锁定表现为点II的应变不等于点III的应变，这源于热膨胀、弹性卸载和长期蠕变等因素。不完全的形状记忆则表现为形状记忆循环的起点（点I）与终点（点I’）不一致，这是由不可恢复的塑性变形和损伤引起的。为了评估形状记忆聚合物的形状记忆性能，提出了形状锁定率R_locking和形状恢复率R_recovery，其定义为：R_locking = ε_III / ε_II, (1)R_recovery = (ε_III - ε_I') / ε_III. (2)其中ε表示应变。对于工程应用，通常选择形状锁定率和形状恢复率超过99%的形状记忆聚合物。然而，许多具有特殊功能的形状记忆聚合物在这些比率上表现出较低的值。这些非理想特性会显著影响粘附强度，其背后的机制将在第4节讨论。

3.3.2 形状记忆聚合物的本构建模

为了准确定量描述形状记忆聚合物的力学响应，研究人员随着时间的推移开发了各种本构模型。1997年，研究人员建立了第一个形状记忆聚合物本构模型，采用了一个四组分粘弹性模型，该模型包含一个滑动组件和与温度相关的参数，以成功预测形状记忆循环。该模型后来被扩展以纳入非线性粘弹性。多年来，随着对形状记忆聚合物力学行为研究的深入，人们开发了许多本构模型来捕捉形状记忆循环的复杂细节。

形状记忆聚合物的本构模型根据是否引入相的概念，可以大致分为两类。不引入相概念的模型通常采用粘弹性组件，这些组件已广泛用于模拟聚合物物理和力学的各个方面，例如超弹性和应变软化。自从研究工作以来，形状记忆聚合物的粘弹性建模不断发展。研究人员提出了使用标准线性固体模型的粘弹性行为有限变形模型，该模型在有限元软件中实现，用于预测形状记忆循环。研究人员进一步开发了一个基于标准线性固体模型的模型，引入了结构松弛，并改进了超弹性模型和粘性流动定律。该模型有效地捕捉了已编程形状记忆聚合物的自由恢复和约束恢复。随后，开发了一系列广义麦克斯韦本构模型，它们是标准线性固体模型的扩展。这些模型更准确地描述了形状记忆聚合物在玻璃化转变温度附近的力学行为，并已成功用于解释诸如应变恢复过冲、物理老化和力学恢复等现象。

形状记忆聚合物的体积变形最近也得到了考虑。研究人员将多分支模型扩展到基于形状记忆聚合物的泡沫。此外，通过在流变模型中引入湿-热组件，并考虑水分扩散，对湿气驱动的形状记忆聚合物进行了研究。

相变模型最初为形状记忆合金和结晶形状记忆聚合物开发，后来扩展到非晶形状记忆聚合物。研究人员开创了使用相变方法对非晶形状记忆聚合物进行本构建模的先河。他们的模型假设形状记忆聚合物由两相组成：活性相和冻结相。每相的体积分数随温度变化。当活性相转变为冻结相时，活性相中的弹性应变变为冻结相中储存的应变。这种储存的应变可以在重新加热时恢复为弹性应变，从而复现形状记忆效应。研究人员推广了这种相变模型，使用一系列中间构型来解释有限变形。研究人员提出了一个平行相变模型，将聚合物分为橡胶相和玻璃相，其中玻璃相进一步区分为初始玻璃相和冻结玻璃相。整体应力根据各相的体积分数进行平均。相变模型通过相变纳入储存应变，为理解形状记忆循环提供了一个新的视角。然而，由于这些模型中对相缺乏明确的物理定义，其有效性仍存在争议，并且在准确模拟形状记忆聚合物方面仍然存在局限性。

总而言之，形状记忆聚合物的两种主要本构模型一直是广泛研究和发展的焦点。植根于聚合物物理学的流变学模型，能够相对准确地预测形状记忆聚合物在各种条件下的力学行为。然而，这些模型通常需要大量参数，这些参数必须通过大量实验获得。相比之下，相变模型通过利用储存应变的概念，提供了对形状记忆效应的清晰唯象表述。这些模型通常涉及较少的材料参数，使其更适合对复杂智能结构进行有限元分析。

四、形状记忆聚合物的粘附力学

与由弹性体制成的传统智能粘合剂相比，形状记忆聚合物粘合剂表现出显著增强的粘附性能。这些形状记忆聚合物粘合剂具有多项优势，包括强大的粘附强度、按需剥离以及对粗糙表面出色的适应性。如表2所总结，形状记忆聚合物粘合剂通常表现出高粘附强度，通常超过100千帕，大多数数值在兆帕范围内。然而，在形状记忆聚合物智能粘合剂中同时实现强韧且可切换的粘附，需要特定的切换方法，例如受控的嵌入和接触面积的改性。这些切换方法的优越性能归因于形状记忆聚合物独特的力学性能，其粘附过程涉及橡胶态与玻璃态之间的转变，这一过程被称为橡胶态到玻璃态粘附。本节系统地讨论了形状记忆聚合物中的橡胶态到玻璃态粘附机制，并解释了形状记忆聚合物如何解决先前提到的与智能粘附技术相关的三大挑战。

表2. 形状记忆聚合物粘合剂性能总结。

4.1 粘附接触力学

图3ai-iv展示了一个刚性球体在弹性基底上的粘附接触与剥离过程。虽然传统的弹性接触模型（如赫兹模型）能有效模拟接触过程，但它们并未考虑抵抗两个表面分离的吸引力，即剥离力（图3aiii）。为了预测粘附力，人们开发了各种粘附接触模型，包括著名的JKR模型、DMT模型和M-D模型。研究人员使用Dugdale的界面相互作用矩形牵引-分离定律，发展了一个剥离力的闭合解，将JKR模型和DMT模型整合为一个统一的表达式：P_c = α π w_ad R_eff (3)其中，w_ad 代表粘附能（或粘附功），R_eff 是有效接触曲率半径，定义为两个接触表面曲率半径的调和平均数，α 是一个系数，取值范围从DMT极限的2到JKR极限的5/6（在固定夹持条件下）或3/2（在固定载荷条件下），具体取决于无量纲的Tabor参数：μ = ( (σ_th)^3 R_eff / ( (E*)^2 w_ad ) )^(1/3)这里，σ_th 表示理论界面粘附强度，E* 是有效模量，定义为：E* = (1 - ν_1^2)/E_1 + (1 - ν_2^2)/E_2，其中 E_1、ν_1 和 E_2、ν_2 分别是两个接触体的杨氏模量和泊松比。采用了各种界面相互作用势的研究表明，随着Tabor参数 μ 增大，预测的剥离力逐渐从DMT模型的强度限制值过渡到JKR模型的能量控制值。DMT模型通常适用于曲率半径小、界面粘附弱的刚体，对应于小的Tabor参数，此时在剥离点界面应力在整个接触界面上保持均匀。相比之下，JKR模型适用于曲率半径大、界面粘附强的柔性体，对应于大的Tabor参数，此时应力在剥离时集中于边缘。

图3. 形状记忆聚合物作为粘合材料。 (a) 形状记忆聚合物中增强的橡胶态到玻璃态粘附机制。示意图展示(i-iv)刚性球体与弹性基底之间的粘附接触与剥离，以及(v-viii)与形状记忆聚合物基底相对应的橡胶态到玻璃态粘附。 (b) 用于预测形状记忆聚合物橡胶态到玻璃态剥离力的扁平冲头模型。 (c) 弹性聚合物与形状记忆聚合物在粘附可切换性与粘附强度方面的比较。 (d) 由弹性体和形状记忆聚合物制成的智能粘合剂，其粘附强度与均方根粗糙度值之间的关系。 (e) 利用自适应形状记忆聚合物粘合剂表面进行受控嵌入的过程。 (f) 使用微结构形状记忆聚合物粘合剂表面进行粘附接触面积的受控调节。

4.2 R2G粘附增强机制

形状记忆聚合物的橡胶态到玻璃态粘附力学（在橡胶态接触，在玻璃态附着，如图3av-viii所示）与常规弹性体的粘附力学有根本区别。形状记忆聚合物的橡胶态到玻璃态粘附强度比弹性体粘合剂高出几个数量级，并且对压痕深度表现出强烈的依赖性，这是传统接触和粘附力学模型所无法描述的。

与弹性体粘合剂相比，形状记忆聚合物橡胶态到玻璃态粘附的巨大增强长期以来困扰着研究人员。传统上，模量变化被认为是主要贡献因素。形状记忆聚合物的模量在橡胶态到玻璃态转变过程中发生显著变化，从而显著改变了Tabor参数μ，使粘附机制从高温下类似JKR模型的行为转变为室温下类似DMT模型的行为。虽然粘附机制的转变通过改变公式（3）中的参数α来影响粘附强度，但这本身并不能完全解释粘附强度的巨大变化，这种变化可能相差数十甚至数百倍。

4.2.1 形状锁定效应

最近，研究人员揭示，实现强橡胶态到玻璃态粘附的关键是形状锁定，而非模量变化。使用形状记忆聚合物基底的粘附增强机制如图3av-viii所示。如前所述，接触体之间的粘附强度受接触过程中界面变形产生的弹性能与两个表面微观接触所释放的表面能之间的竞争影响。然而，在橡胶态到玻璃态转变之后，形状记忆聚合物基底的变形和界面接触被锁定，导致形状记忆聚合物基底中的压痕形状与刚性球体的半径高度匹配。这使得有效曲率半径R_eff趋近于无穷大，从而显著增强了粘附力。此外，这使得可以利用扁平冲头和弹性基底系统的粘附力表达式来近似刚性球体与形状记忆聚合物基底之间的橡胶态到玻璃态粘附力，如图3b所示。

图3c总结了在不同粗糙度表面（以均方根值量化）上测量的弹性体和形状记忆聚合物粘合剂的粘附强度。随着表面粗糙度增加，弹性体粘合剂的粘附强度趋于下降。相比之下，形状记忆聚合物粘合剂的行为取决于其状态。在橡胶态，形状记忆聚合物粘合剂的行为类似于弹性体粘合剂。然而，在粗糙表面上经过形状锁定的橡胶态到玻璃态粘附过程后，玻璃态的SMP粘合剂表现出比橡胶态的弹性体和SMP都高得多的粘附强度。值得注意的是，形状记忆聚合物橡胶态到玻璃态粘附强度随着表面粗糙度的增加而增加，这表明橡胶态到玻璃态机制使形状记忆聚合物能够有效应对智能粘附技术中长期存在的粘附粗糙表面的挑战。

4.2.2 形状记忆效应

图3d进一步从粘附强度与可切换性之间的平衡角度，比较了基于橡胶态到玻璃态机制的形状记忆聚合物粘合剂与传统弹性体粘合剂的性能。数据清楚地显示，形状记忆聚合物粘合剂不仅提供卓越的粘附强度，而且保持相等或更大的可切换性，有效克服了“可切换性冲突”。这使得即使在超强粘附下也能实现轻松且受控的剥离，这是相对于传统强粘合剂的一个显著优势。

4.2.3 热粘弹性和梯度效应

作为温度依赖性粘弹性材料，形状记忆聚合物的力学行为与加载条件显著相关。在粘附接触力学中，除了粘弹性引起的整体刚度增加外，还观察到粘附滞后的局部效应，即分离两个表面所需做的功大于使它们接触所做的功。在接触区域，这表现为裂纹扩展所需的功超过准静态表面接触过程中产生的粘附功，从而导致粘附强度增强。表观粘附功用于量化涉及粘弹性的动态接触问题中分离表面所需的功，而Gent-Schultz定律提供了一个速率依赖的经验关系：w_app = w_ad [ 1 + (v/v)^n ] (4)其中 v 是裂纹扩展速度，v 和 n 是依赖于材料的内在参数。断裂力学方法已被用于确定表观粘附功的精确解，例如研究人员的内聚区模型以及研究人员的能量平衡模型。对于具有纤维状结构的粘合剂，研究人员量化了粘弹性对单根纤维和纤维状阵列的表观粘附功速率依赖性的影响。在一些典型的速率相关加载条件下，粘弹性材料的力学行为也在粘弹性断裂力学框架内进行了分析。在粘弹性材料的碰撞行为中观察到了独特的滞后回线，证明了其有效耗散能量和增强抵抗动态剥离的能力。此外，微振动技术已应用于粘弹性材料的粘附控制，大大提高了粘附可切换性和切换速度。

显著的温敏性是形状记忆聚合物的另一个重要特征。研究人员研究了有限厚度形状记忆聚合物基底与刚性球体之间的粘附，发现粘弹性和刚度梯度都对剥离力有显著影响。在玻璃化转变温度T_g附近，与橡胶态相比，形状记忆聚合物表现出显著的粘弹性，这显著增强了粘附力。这一特性使形状记忆聚合物能够在较窄的温度范围内实现相对较高的粘附可切换性。

在形状记忆聚合物粘合剂的实际应用中，从背面加热形状记忆聚合物基底是一种常见方法。沿厚度方向的温度变化会引起刚度梯度，这在T_g附近最为明显。由于形状记忆聚合物的低导热性，这种梯度效应会显著影响粘附力。这一现象需要未来进一步探索。

4.2.4 其他影响因素

除了先前讨论的实现形状记忆聚合物粘合剂强韧且可切换粘附的机制外，其他因素，例如形状记忆聚合物的化学成分和制备工艺，以及被粘物表面的性质，也对粘附性能有很大影响。如公式（3）所示，弹性体粘合剂的粘附强度与粘附能（或粘附功）w_ad 密切相关，而 w_ad 取决于形状记忆聚合物和被粘物表面的材料特性：w_ad = γ_SMP + γ_as - γ_SMP,as,其中 γ_SMP, γ_as 分别是形状记忆聚合物粘合剂和被粘物表面的表面能，γ_SMP,as 是两种材料之间的界面能。因此，材料成分不仅通过决定接触刚度，还通过改变表面能来影响粘附性能。研究表明，增加表面极性，例如通过等离子体处理和电晕放电引入含氧极性基团，可以增强聚合物在高极性表面上的粘附强度。

被粘物表面的性质在决定形状记忆聚合物粘合剂的粘附性能方面起着同样重要的作用。除了材料成分，表面粗糙度是影响粘附的另一个关键因素。通常，弹性体粘合剂的粘附强度随着被粘物表面粗糙度的增加而急剧下降。对于处于橡胶态的SMP粘合剂也观察到了这种趋势，如图3c所示。然而，通过橡胶态到玻璃态粘附机制，形状记忆聚合物粘合剂能够适应不同的表面粗糙度，其粘附强度随着表面粗糙度的增加几乎保持不变甚至略有增加。这凸显了力学耦合机制在橡胶态到玻璃态粘附中的关键作用。

4.3 对任意形状被粘物表面的适应性

低熔点金属和金属磁流体通过从液态到固态的可逆相变实现共形接触，有效解决了可切换粘合剂粘附任意形状表面的挑战。类似地，处于橡胶态的SMP表现出优异的流变特性，并允许定制形状，为设计粘合剂几何形状提供了更大的灵活性。得益于其在柔软橡胶态的自适应性以及随后的形状锁定，SMP粘合剂无需专门的表面结构设计，即可与任何形状或尺度的表面形成强粘附。图3e展示了具有简单块状几何结构的SMP粘合剂，通过受控嵌入与各种复杂几何形状物体实现的可逆粘附过程。在橡胶态，SMP很好地贴合不同的几何形状。然后，物体通过形状锁定嵌入SMP粘合剂中，从而产生强粘附并实现稳固抓持。随后，在将物体移动到目标位置后，利用SMP的形状记忆特性实现可控剥离，如图3ev-viii所示，实现了极高的粘附可切换性。

大量研究表明，这种简单的粘附结构非常适合于各种尺度，能够从宏观尺寸到微米级别形成有效的粘附。此外，使用具有不同形状记忆效应的SMP，可以通过受控嵌入定制粘附过程。这些特定的设计增强了附着和剥离的可控性与选择性，这将在第5.2节详细讨论。

4.4 SMP粘合剂的表面微结构设计

SMP粘合剂的粘附可切换性可以通过其表面的微结构设计进一步增强。图3f展示了一种典型的微结构化SMP粘合剂，其表面具有金字塔形微尖端。当温度超过玻璃化转变温度T_g时，SMP粘合剂转变为柔软的橡胶态。这种变化使得表面易于被压平，并通过形状锁定在此临时形状下保持共形接触。形状记忆特性使压平的SMP粘合剂在重新加热时恢复其原始形状。恢复的金字塔微尖端急剧减小了SMP粘合剂与基底之间的接触面积，从而实现可控剥离和增强的粘附可切换性。

在恢复过程中发生的分层是一个关键的构型转变，它使SMP粘合剂能够实现按需剥离。如果微尖端尺寸太小，恢复力可能不足以促进顶面与基底之间的自动分离，从而显著降低SMP粘合剂的粘附可切换性。相反，过大的微尖端会降低粘附强度。关键参数，包括微尖端的间距、尺寸和形状，以及SMP的机械性能和SMP与被粘物表面界面处的表面能，在决定SMP粘合剂的粘附强度和可切换性方面起着至关重要的作用。

因此，在设计过程中对微结构化的SMP表面进行全面力学分析至关重要。研究人员建立了一个分析模型，研究SMP表面浮雕结构与平坦被粘物的接触条件，确定了这些金字塔形结构的接触模式从三角形到梯形的转变。研究发现，伴随着接触面积的大幅增加，这种转变是实现可逆粘附的关键因素。该解析解为具有可逆粘附的SMP微结构化表面提供了设计指导。

五、SMP粘合剂的设计与应用

基于SMP的三个关键特性——可调刚度、形状锁定和形状记忆，以及前一节讨论的SMP粘附基本力学原理，人们开发了许多新型智能粘合剂，为包括机器人夹持器、可穿戴电子设备和先进制造在内的各种工程领域开辟了新的潜力。在本节中，我们将回顾并讨论这些创新粘合剂的工作原理和应用。

5.1 具有自适应表面的SMP粘合剂

研究人员早已认识到SMP可调刚度在创建可逆粘合剂方面的潜力。然而，SMP粘合剂的实际应用一直受限于需要方便的方法来施加均匀的刺激。电加热是SMP在工程应用中广泛采用的刺激方法，因其效率、安全性和可控性而突出。它还简化了粘合技术，使得可以直接集成加热装置。另一种方法涉及加入导电颗粒或纤维以制造形状记忆聚合物复合材料，从而在直接对SMPC粘合剂施加电压时实现内部加热。这些电活性SMPC不需要外部加热设备，具有增强的变形灵活性、更均匀的温度分布和更高的可靠性。内部加热的SMP和SMPC已成功应用于航空航天和生物医学领域。虽然这些特性对基于SMP的智能粘合剂具有巨大潜力，但将SMPC用作智能粘合剂的研究仍处于早期阶段。

形状锁定是SMP区别于传统可变刚度材料的一个关键特征。通过形状锁定实现的受控嵌入，具有简单块状几何形状（没有任何表面微结构设计）的SMP粘合剂可以实现增强的粘附强度和更大的粘附可切换性，如第4.3节所讨论。这种方法能有效地适应从宏观物体到微米级电子元件的各种尺寸的物体，如图4a所示。进一步增强粘附可切换性的一种方法是通过设计自剥离双层结构来改变接触面积。图4b展示了研究人员提出的一种SMP粘合结构，采用双层SMP设计，在其原始构型下向外凸起。当SMP被加热到橡胶态时，该设计允许在压力下与平坦的被粘物表面形成共形接触，并在冷却后保持临时形状的接触。再次加热时，形状记忆效应驱动自剥离，实现粘合剂的自主脱离。

图4. 具有自适应表面的形状记忆聚合物粘合剂。 (a) 用于多尺度、任意形状物体的大批量选择性夹持器。 (b) 一种自剥离双层形状记忆聚合物粘合剂。 (c) 使用形状记忆水凝胶的可逆超强胶。 (d) 用于药物输送的尺寸与温度控制顺序释放亚微米颗粒。 (e) 用于形状记忆聚合物粘合剂的相变介导机械变形形状记忆凝胶。 (f) 用于形状记忆聚合物粘合剂的接触触发、按需形状记忆水凝胶。

合成新型SMP材料的快速发展扩展了SMP粘合剂的设计可能性。例如，基于相变的结晶SMP比基于玻璃化转变的SMP表现出更大的模量变化，提高了SMP粘合剂的粘附可切换性，并已被证明作为软体夹持器非常有效。此外，利用溶胀/干燥状态而非传统SMP中热致玻璃化转变的湿气驱动形状记忆水凝胶网络，通过结合液体和干性粘合剂的优点，实现了本质上可逆的超强胶粘合剂（图4c）。再者，多向SMP实现了有序、连续和可控的剥离，为药物输送等应用提供了重要潜力（图4d）。

图4e 展示了一种凝胶状形状记忆材料，它将交联聚合物网络与相变熔融液体相结合。这种材料响应热刺激表现出显著的刚度转变。冷却后，凝胶保持刚性形态，通过粘附、摩擦和互锁效应的协同组合提供强大的抓握力。利用嵌入聚合物水凝胶基质中的醋酸钠的结晶特性，该凝胶的功能得到进一步增强，实现了可重复使用的、按需的附着与脱离。当粘合剂与表面接触时，它会自主结晶，在其形状锁定状态下形成强粘附，并且可以通过重新加热轻松软化和脱离（图4f）。

5.2 具有结构化表面的SMP粘合剂

利用SMP在受刺激时自发恢复原始形状的独特性质，研究人员开发了多种方法，通过特定的结构设计来增强SMP粘合剂的粘附可切换性并实现可控剥离。

一项初步研究受壁虎刚毛不对称结构的启发，设计了一种SMP纤维状结构。该结构表现出两种粘附强度状态，相差超过200倍，具体取决于柱体是处于垂直方向（原始形状）还是倾斜方向（临时形状）（见图5a）。然而，这种设计在不施加外力的情况下无法实现与基底的受控剥离，限制了其在自主应用中的使用。此外，通过将SMP粘合剂表面模塑成半球形，可以实现从光滑表面的按需剥离，同时通过锁定嵌入形状保持强粘附，如图5b所示。通过表面微结构实现可控剥离，为甚至在曲面上的可逆粘附提供了一种更具适应性的方法。如前第4.4节所述，由SMP表面浮雕结构实现的切换机制已被证明能显著增强粘附可切换性。这种方法在转移印刷中被证明特别有效。图5c展示了在永久状态和键合状态下压印有金字塔的SMP表面。此外，图5d展示了各种图案化的SMP基底，包括飞镖形、肘形和立方体形状，它们处于原始状态、结构化并锁定状态以及压平状态，突显了制造具有复杂且可逆表面微结构的SMP粘合剂的潜力。

图5. 具有结构化表面的形状记忆聚合物粘合剂。 (a) 具有两种不同粘附状态的形状记忆聚合物纤维状表面。 (b) 具有半球形表面特征的形状记忆聚合物粘合剂，可在光滑表面上实现增强的粘附可切换性，用于三维和平面器件的转移印刷。 (c-d) 压印有(c)金字塔以及(d)飞镖形、肘形和立方体微结构的形状记忆聚合物粘合剂表面。 (e) 使用具有不同高度微柱的形状记忆聚合物粘合剂进行激光驱动非接触转移印刷。 (f) 使用预拉伸方法自下而上制造的可控皱纹形状记忆聚合物粘合剂表面。

研究人员进一步集成了扫描激光来驱动这种SMP智能粘合剂，成功将该技术应用于柔性电子领域的微器件批量转移印刷。这项应用展示了该粘合剂卓越的可切换性，显著提高了转移良率，并扩大了器件制造规模化升级的潜力。研究人员提出了一种新颖的SMP粘合剂设计，其微柱具有不同高度。这些微柱不仅在柔软橡胶态被压平时能贴合平坦表面，而且在驱动恢复原始形状时能实现按需剥离并增强粘附可切换性。这一设计标志着激光驱动、非接触式转移印刷的突破，能够消除接收器对转移印刷过程的影响。

另一种创新策略利用预拉伸薄膜-基底系统中的不稳定性，在SMP粘合剂上制造可逆皱纹等表面形态。作为一种自下而上的方法，它为微结构化SMP粘合剂的制造开辟了新途径。

5.3 SMP粘合剂的应用

形状记忆聚合物粘合剂强大、适应性强且可切换的粘附特性，已在机器人技术、可穿戴电子设备、生物医学和先进制造等多个领域解锁了众多潜在应用。近期关于功能性SMP粘合剂的报告强调将粘附与其他功能相结合，使器件能够无缝适应变化的操作条件。这种集成代表了SMP器件应用的新兴趋势。以下章节将回顾代表性应用，以说明SMP粘合剂丰富多样的应用场景。

开发在各种条件下不损坏被粘物表面的可重复使用粘合剂，仍然是一个重要且具有挑战性的问题。SMP粘合剂已通过在橡胶态排出界面液体、同时在玻璃态保持粘附，展示了强大的水下粘附能力，实现了诸如可重复使用挂钩等实际应用，如图6a所示。此外，图6b展示了一种SMP织物贴片，在常见衣物上表现出强劲的粘附性能。该贴片与粗糙织物表现出优异的结合力，并能灵活适应目标表面的弯曲。

图6. 形状记忆聚合物粘合剂在各个领域的应用。 (a) 可重复使用的形状记忆聚合物粘合剂挂钩。 (b) 一种形状记忆聚合物织物贴片。 (c) 用于仿章鱼触手的自适应形状记忆聚合物吸盘。 (d) 一种多功能形状记忆聚合物夹持器。 (e) 用于可穿戴光子学的形状记忆聚合物粘合剂。 (f) 用于神经刺激与记录的形状记忆聚合物缠绕电极。 (g-h) 用于微组装的形状记忆聚合物印章。

抓取是机器人的一项基本功能，传统上使用具有高刚度和接触力的结构来确保可靠转移。然而，这些刚性结构往往难以适应涉及易碎物体的任务，而这在水果采摘、生物医学工程和电子元件转移等领域越来越关键。基于SMP粘合剂的智能夹持器提供强韧且可切换的粘附力，允许在柔软橡胶态温和处理易碎物体而不会造成损伤，同时也能在橡胶态到玻璃态条件下牢固抓握较重的物品。研究人员开发了受章鱼启发的智能触手，其吸盘由形状记忆水凝胶制成（图6c），能自适应地贴合不同粗糙度的表面，增强了其在软体机器人和自适应设备中的应用。研究人员引入了一种通用的SMP夹持器设计，采用简单的块状结构，通过形状锁定实现可控嵌入来可靠抓取，并通过形状记忆实现释放。如图6d所示，这种通用夹持器为操作尺寸从厘米到微米、形状各异的3D物体提供了一种多功能方法，无论是单独、确定性还是大规模选择性操作。研究人员进一步创新，证明了集成石墨烯的SMP粘合夹持器可以通过紫外线远程驱动。研究人员引入了一种用作软体夹持器的SMP粘合膜，能有效地贴合并与各种形状的物体实现良好接触。

功能性可穿戴设备正日益被开发以应对健康监测、健身追踪、娱乐和操作效率等生活的各个方面，其中界面粘附起着关键作用，而SMP粘合剂可以提供有价值的解决方案。SMP粘合剂作为自适应基底材料，可与光子器件和电子器件等先进结构无缝集成，牢固地附着在人体上，同时将粘附与多功能性相结合。研究人员引入了一种多功能、大面积的光子皮肤，其特点是具有可持续的SMP层，能牢固地粘附在各种表面上，并通过颜色变化动态可视化机械载荷（见图6e）。最近，功能性SMP皮肤贴片也已扩展到可穿戴电子设备领域。此外，研究人员设计了一种柔性、自攀爬缠绕的SMP电极，能与神经结构建立共形接触，最大限度地减少损伤并增强周围神经调控界面的长期稳定性（见图6f）。

转移印刷是微纳制造中的一项关键技术，能够将各种材料集成到特定的功能布局中。这种方法在过去十年极大地推动了柔性和可拉伸无机电子学的发展，弥合了刚性半导体材料与柔性基底之间的差距，并克服了传统刚性电子学的局限。可调粘附在转移印刷中备受期待，需要强粘附力来拾取材料，需要弱粘附力来释放。特别是对于微器件的转移，大的粘附可切换性至关重要，因为表面力远比重力强，这使得降低粘附力以实现可靠释放具有挑战性。SMP粘合剂通过微结构设计增强的粘附可切换性，为转移印刷提供了有效的解决方案。

利用SMP，研究人员引入了一种热驱动的、可切换的干粘合剂设计，促进了将精细材料转移印刷到非粘性表面上，增强了柔性电子学和微型LED显示器中异质材料的集成（见图6g）。研究人员展示了一种新颖的转移印刷方法，该方法使用自动直接激光写入和微图案化的SMP粘合剂印章，展示了在微器件批量转移方面的卓越多功能性和可扩展性（见图6h）。研究人员进一步证明，通过在微结构尖端精确添加碳黑以吸收激光加热，可以实现与激光光斑尺寸同量级分辨率的精确选择性释放。

尽管SMP在橡胶态下可能仍然相当粘，但研究人员成功地提出了一种基于热响应SMP的、具有不同高度微柱的简单而稳健的可切换粘合剂设计，实现了非接触转移印刷，并能够消除接收器的影响。除了具有微结构的设计外，利用受控嵌入的SMP粘合剂已被证明可有效用于不规则器件的转移印刷，甚至在引入表面粗糙度后可用于微尺度器件的转移，这是其他类型的智能粘合剂无法实现的。这种能力为组装和开发非常规功能器件开辟了新途径，推动了器件制造可能性的边界。

六、总结与展望

本文回顾了基于形状记忆聚合物的智能干粘合剂，特别是利用橡胶态到玻璃态机制的最新进展。形状记忆聚合物粘合剂成功解决了当前纤维状粘合结构固有的一些挑战，例如最大化粘附的尺寸效应、对粗糙表面的适应性以及实现轻松可控的剥离。讨论首先介绍了形状记忆聚合物的基本特性以及橡胶态到玻璃态机制在增强粘附强度和可切换性方面的作用。接着探讨了旨在优化橡胶态到玻璃态粘附的受控嵌入方法和微结构化表面设计。最后详细讨论了形状记忆聚合物粘合剂的设计与实际应用。

与纤维状粘附结构相比，基于橡胶态到玻璃态粘附机制的形状记忆聚合物粘合剂已成为解决智能粘附技术重大挑战的有力竞争者。尽管形状记忆聚合物中橡胶态到玻璃态粘附的增强机制已被提出，各种应用也已得到验证，但仍有一些问题有待解决：

首先，橡胶态到玻璃态粘附的力学原理需要进一步发展，以考虑多种影响因素。先前关于橡胶态到玻璃态粘附力学研究中使用的形状记忆聚合物本构模型往往过于简化，通常假设具有100%形状锁定率和形状恢复率的理想化形状记忆循环。实际上，许多形状记忆聚合物表现出非理想的形状记忆循环和有限的形状锁定率。大量研究强调了非理想塑性在粘附接触过程中的关键作用，这与在形状记忆聚合物中观察到的非理想形状锁定类似。因此，形状锁定率的影响不容忽视。此外，实验研究表明，粘附强度受形状记忆聚合物的粘弹性特性显著影响。因此，进一步研究非理想形状锁定、热膨胀和粘弹性等关键因素至关重要。对这些要素的更深入理解将增强我们对橡胶态到玻璃态粘附机制的认识，指导形状记忆聚合物粘合剂的设计，并推动下一代智能粘附技术的发展。

其次，当前形状记忆聚合物粘合剂的驱动速度通常从数分钟到数小时不等，这带来了重大挑战，特别是对于需要快速响应的应用。低延迟的可控驱动方法对于工业和机器人应用至关重要。此外，形状记忆聚合物固有的低导热性减缓了热控形状记忆聚合物粘合剂的驱动速度，快速冷却仍然是实现动态环境下敏捷响应的关键限制。将高导热性填料和纤维掺入形状记忆聚合物基体，或采用柔性微流体系统等结构设计，可能有助于解决与形状记忆聚合物粘合剂相关的应用挑战。

第三，作为一种聚合物材料，形状记忆聚合物通常表现出相对较低的粘附功，这往往是由于聚合物制备和使用过程中的表面杂质和污染所致。表面处理为提高形状记忆聚合物粘合剂的粘附强度提供了一种有前景的方法。机械清洁、化学蚀刻或表面改性等技术可以显著改善聚合物与其他材料之间的粘附相互作用。此外，保持形状记忆聚合物表面的清洁对于确保其可重复使用性至关重要，掺入超疏油表面结构可能是一种解决方案。

第四，对于形状记忆聚合物粘合剂的特定应用，必须仔细考虑其可行性和安全性问题。在生物医学领域，特别是在体内应用中，关键因素包括远程加热能力和生物相容性，以确保形状记忆聚合物粘合剂在人体内安全有效地使用。在航空航天应用中，某些形状记忆聚合物的机械性能经过严格测试，证明能够承受恶劣的空间条件，例如极端温度、粒子辐射和宇宙射线。然而，需要进一步研究以确定其粘附性能（包括粘附强度和可切换性）在这些挑战性条件下是否得以保持。

除了先前讨论的局限性之外，形状记忆聚合物粘合剂的新兴趋势正在利用新型形状记忆聚合物和形状记忆聚合物复合材料发展的重大进步。新的形状记忆效应和刺激方法不断涌现，极大地丰富了形状记忆聚合物粘合剂的设计可能性。使用创新材料，如双向形状记忆聚合物、多向形状记忆聚合物、光驱动形状记忆聚合物、自修复形状记忆聚合物和形状记忆水凝胶，有望改善形状记忆聚合物粘合剂的结构设计并提升其粘附性能，拓宽其应用范围。此外，形状记忆聚合物复合材料通过掺入功能颗粒、短纤维或长纤维，为推进形状记忆聚合物粘合剂提供了新的机遇。这些复合材料可以解决形状记忆聚合物的一些固有局限性，例如低强度、低恢复力和导热性差，同时还能赋予导电性和光响应性等新颖特性，使形状记忆聚合物粘合剂能更有效地克服实际挑战。另外，结合范德华力以外的其他粘附机制，例如电粘附，可以进一步增强粘附适应性。整合先进的结构设计和3D打印制造方法，也为定制满足特定要求的智能粘合剂开辟了新的可能性。

总而言之，形状记忆聚合物粘合剂领域蕴藏着巨大潜力，需要在几个方面进行进一步探索。这包括推进对基本机制的理解、开发创新的粘合剂设计以及将其应用扩展到更广泛的领域。

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