莱斯大学发布有机硅领域新技术进展

时间：2025-07-25来源：全球有机硅网

美国莱斯大学的工程师团队开发出一种创新方法，可在不改变基材或引入新处理方法的情况下，显著提高有机硅在软设备中的粘合强度，相关研究成果发表于《Science Advances》，由美国国家科学基金会和美国国家航空航天局（NASA）共同资助。

有机硅弹性体凭借柔韧性和化学稳定性，在软机器人、生物医学设备等领域应用广泛，但粘合固化的有机硅组件时，附着力弱常导致泄漏或应变失效。为解决这一问题，团队引入 “反应坐标” 这一无量纲指标，用于跟踪不同热条件下的固化进度，其核心是通过建立数学模型，将固化过程中的时间与温度参数转化为可量化的反应坐标，实现对粘合界面的精准控制。

研究发现，有机硅的粘附程度与粘合时的固化程度直接相关。在特定固化窗口（反应坐标介于 0.4-0.6 之间）内粘合，能显著增强附着力，此时材料表面分子链仍具较高活性，可与新施加的有机硅层形成稳固共价键；而过度固化会导致界面薄弱，当反应程度超过特定阈值后，材料粘合强度会急剧下降，这一点已通过标准剥离测试得到证明。

传统增粘方法需改变基材表面性质或引入额外处理步骤，而莱斯大学的方法仅调整现有生产流程中的固化参数，如在模制或 3D 打印过程中延迟第二层材料的施加时间，使界面在最佳反应坐标下完成键合，避免了对材料本身的改性，保持了有机硅原有的生物相容性和化学稳定性，且利用现有材料和产线即可实现，无需化学处理或等离子粘合工艺。

为验证模型，团队进行了多项实验。制造的采用固化控制与未采用固化控制的软体气动致动器对比显示，在最佳反应窗口内粘合的器件，气压耐受性显著提升，弯曲曲率增加 50%，承受压力提升 30%，且经历 5000 次循环充气后仍保持结构完整性。在另一项试验中，采用反应坐标引导技术制造的 3D 打印硅胶结构，层间粘合强度提升超 200%，如打印复杂多腔室结构时，相邻层之间的剥离力从传统方法的 0.8 N/cm 提升至 2.5 N/cm，同时保持材料柔韧性（断裂伸长率 > 800%）。此外，该方法在不同生产条件下（如工业烘箱温度波动 ±10℃、3D 打印层间等待时间 ±30%）仍能保持稳定性能，当固化温度变化时，调整反应坐标模型中的时间参数，界面剪切强度波动仅为 ±5%。

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