Schräg funktionale Gradient-Mikropfeiler für optimale bioinspirierte Trockenklebung

Für biologisch inspirierte Trockenklebemittel erfordert die fibrilläre Struktur der Oberfläche ausreichende Flexibilität, um Kontakte zu bilden, und gleichzeitig hohe Steifigkeit, um die Stabilität zu gewährleisten. Dieser grundlegende Konflikt hat den Fortschritt synthetischer Klebstoffe hin zu massenmarktfähigen und praktischen Anwendungen erheblich behindert, wo eine starke, langlebige, gerichtete und rauigkeitsadaptive Haftung gewünscht ist. In dieser Arbeit überwinden wir eine solche langfristige Herausforderung, indem wir fibrilläre Strukturen entwickeln, die sowohl schräg geformte Geometrien als auch gradienten Material von Mikropfeilern kombinieren. Die sogenannten schräg funktionalen Gradientpfeiler (s-FGPs), die durch eine magnetisch unterstützte Formenreplikationstechnik gefertigt wurden, weisen flexible Spitzen für den Kontakt, allmählich verstärkte Stängel zur Unterstützung, eine schräge Struktur zur Erzeugung von Anisotropie und ein hohes Aspektverhältnis (AR) zur Erleichterung der Oberflächenanpassung auf. Wir zeigen, dass das Material und die Struktur der s-FGPs sich gegenseitig ergänzen, wobei synergetische Effekte zu einer multifunktionalen Kombination von Haftungseigenschaften führen, einschließlich hoher Festigkeit (∼9 N/cm² in Scherung), ultralanger Haltbarkeit (über 200 Zyklen von Anhaftung/Abtrennung ohne Haftungsverschlechterung), super Anisotropie (anisotropes Verhältnis von ∼7) und guter Anpassungsfähigkeit an raue Oberflächen. Die s-FGPs treiben nicht nur die bioinspirierte Haftung hin zu optimierten Designs und Leistungen für praktische Anwendungen voran, sondern könnten auch andere Konzepte für verschiedene hoch-AR und strukturell stabile fibrilläre Oberflächen mit aufkommenden Funktionalitäten und Anwendungen in den Bereichen Selbstreinigung, Superhydrophobie, Biosensoren, Energieerzeugung usw. eröffnen.