仿生蜘蛛网结构的原位组装型低温耐受粘合剂：高加工性与强韧粘附性能的突破

针对低温环境下传统粘合剂易脆化、粘附力下降的难题，南京师范大学团队受蜘蛛网启发，通过二硫键聚合物与多金属氧酸盐（POMs）的原位聚合，开发出兼具高柔性、强粘附（3.5 MPa）和超低温耐受性（-196°C）的溶剂-free粘合剂CSSP。该材料可千克级制备，适用于文物修复和精密仪器微裂缝修复，成果发表于《Nature Communications》，为极端环境粘合技术提供新范式。

　　

在极端低温环境下，传统粘合剂如乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和聚氨酯（PUR）普遍面临脆化、体积收缩和机械应力传递失效等问题，严重制约极地装备、航天器及文物修复等领域的发展。蜘蛛丝因其β-折叠和α-螺旋结构赋予的卓越强度与弹性，为材料设计提供了天然范本。南京师范大学的研究团队独辟蹊径，通过模拟蜘蛛丝的多级结构，成功开发出一种革命性的低温耐受粘合剂。

研究团队采用环状二硫键单体硫辛酸（TA）与硅钨酸（H₄SiW₁₂O₄₀，SiW₁₂）进行原位开环聚合（ROP），构建了具有动态氢键网络的CSSP粘合剂。关键技术包括：1）溶剂-free热辅助聚合工艺实现千克级制备；2）结合傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和²⁹Si核磁共振（NMR）验证SiW₁₂结构完整性；3）通过分子动力学（MD）模拟揭示-196°C下增强的界面相互作用能（-17,684 kJ/mol）。

材料特性与表征
CSSP粘合剂在-196°C仍保持2.3 MPa的剪切强度，远超商用EVA（完全失效）。拉曼光谱显示二硫键特征峰从511 cm^-1位移至525 cm^-1，证实TA环状结构向线性聚合物的转化。温度依赖流变测试表明，其储能模量（G'）在50°C以下始终高于损耗模量（G"），呈现类凝胶行为。

加工性能突破
该材料可加工成高强度仿生蛛网（直径2 cm），或注入复杂微管模型（如"Love"字形）。对不锈钢（SS）的粘附强度达3.5 MPa，且在液氮浸泡80天后性能无衰减。对比实验显示，质子数更少的磷钨酸（H₃PW₁₂O₄₀）基粘合剂CPSP强度降低23%，证实SiW₁₂的质子供给对交联密度的关键作用。

低温适应性机制
差示扫描量热法（DSC）测得CSSP玻璃化转变温度（T_g）低至-2.1°C，而纯TA为61.9°C。分子动力学模拟揭示，-196°C时PTA与SiW₁₂的氢键相互作用能提升至-3,420 kJ/mol，显著高于25°C（-3,229 kJ/mol），这是低温下抗脆化的分子基础。

这项研究不仅创造了目前最宽温域（-196~50°C）的柔性粘合剂，更开创了POMs基生物启发材料的全新设计策略。其溶剂-free工艺可直接应用于精密仪器微裂缝修复，如成功修复500 g重的"美猴王"石雕断裂面。未来通过调控POMs类型与聚合物拓扑结构，有望进一步拓展在柔性电子和极地工程中的应用边界。