类型a：学术研究报告
1. 研究作者与发表信息
本研究由Ying-Chun Xu、Shuang-Lin Zou、Chun-Lin Xu、Ling-Ping Xiao*和Run-Cang Sun合作完成，作者单位包括大连工业大学轻工与化学工程学院（Liaoning Key Lab of Lignocellulose Chemistry and Biomaterials）以及芬兰Åbo Akademi University的Laboratory of Natural Materials Technology。研究成果发表于期刊*Advanced Functional Materials*（*Adv. Funct. Mater.*），发表日期为2025年，文章DOI为10.1002/adfm.202511048。
2. 学术背景与研究目标
本研究属于生物基材料与高性能粘合剂交叉领域。传统粘合剂（如石油基环氧树脂和丙烯酸树脂）面临环境友好性不足、固化条件苛刻、成本与性能失衡等问题。纤维素（cellulose）作为自然界最丰富的天然聚合物，因其机械弹性和可修饰的羟基富集表面，成为可持续粘合剂的理想候选材料。然而，现有纤维素基粘合剂存在强度不足、耐水性差、工艺复杂等缺陷。本研究旨在通过铜配位（copper coordination）和紫外光固化（UV curing）技术，开发一种兼具高强度、环境稳定性和可循环性的双网络纤维素粘合剂（dual-network cellulose adhesives），以解决上述问题。
3. 研究流程与方法
3.1 材料制备与表征
- 粘合剂设计：以甲基丙烯酸树脂（methacrylic resin）为基体，引入微晶纤维素（microcrystalline cellulose, MCC）和氯化铜（CuCl₂），通过紫外光引发自由基聚合形成交联网络。
- 关键步骤：
- 单体筛选：选用羟乙基甲基丙烯酸酯（HEMA）、环己基甲基丙烯酸酯（CHMA）和3,4-环氧环己基甲基丙烯酸酯（TTA-21）作为主要单体，优化比例以平衡交联密度与柔性。
- 铜配位调控：通过Cu²⁺与纤维素羟基的动态配位作用增强界面相互作用和网络密度。
- 紫外固化：在395 nm波长下2-3分钟完成固化，显著降低能耗。
- 表征技术：
- 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）：验证双键聚合完成和氢键形成。
- X射线衍射（XRD）：分析纤维素晶体结构变化，确认MCC在树脂中的分散性。
- 扫描电镜（SEM）与能谱（EDS）：观察粘合剂表面形貌及元素分布。
- 密度泛函理论（DFT）计算：模拟纤维素与树脂的静电互补性和弱相互作用（如氢键和范德华力）。
3.2 力学与热学性能测试
- 拉伸测试：优化MCC（10-50 wt.%）和CuCl₂（0-5 wt.%）含量，最终30 wt.% MCC与2 wt.% CuCl₂的复合材料（CL30@Cu）表现出最高拉伸强度（32.6 MPa）和韧性（68.07 MJ m⁻³）。
- 有限元分析（FEA）：模拟应力分布，验证双网络结构的均匀能量耗散能力。
- 热重分析（TGA）与差示扫描量热法（DSC）：CL30@Cu的5%质量损失温度（T₅%）提升至186°C，玻璃化转变温度（Tₑ）从58.85°C增至84.04°C，表明热稳定性显著增强。
3.3 粘合性能与环境稳定性评估
- 粘合强度测试：CL30@Cu在竹材和金属（如不锈钢）上的剪切强度分别达8.7 MPa和15.2 MPa，剥离功（debonding work）为11,623 N m⁻¹，远超商用粘合剂（如EVA和环氧树脂）。
- 耐环境性：
- 耐水性：在海水浸泡60天后仍保持95%强度（14.7-15.3 MPa）。
- 耐酸碱与盐雾：在pH 1-13和2 M NaCl溶液中性能稳定。
- 温度适应性：0-50°C范围内粘合强度波动小于15%。
- 可回收性：通过化学溶剂法回收粘合剂，性能保留率超过85%。
4. 主要结果与逻辑关联
- 双网络协同效应：纤维素的长链结构增强韧性，Cu²⁺配位提高交联密度，二者平衡内聚力（cohesion）与粘附力（adhesion）。
- 环境稳定性机制：致密的铜-纤维素网络阻隔水分子渗透，而动态配位键赋予材料自修复能力。
- 数据支持：FT-IR中─OH峰的红移（3367→3451 cm⁻¹）证实氢键形成；XRD显示CL30@Cu结晶度降低，表明无定形结构利于应力分散。
5. 研究结论与价值
- 科学价值：揭示了纤维素-树脂界面相互作用的分子机制，为生物基粘合剂设计提供了新范式。
- 应用价值：该粘合剂适用于极端环境（如海洋、化工场景），且可通过紫外光固化实现规模化生产，兼具低成本与高性能。
6. 研究亮点
- 创新方法：首次将铜配位与紫外固化结合，开发出可循环的高强度粘合剂。
- 性能突破：CL30@Cu的力学性能（32.6 MPa拉伸强度）和环境稳定性（60天海水浸泡）均优于文献报道的同类材料。
- 多学科融合：结合实验表征与计算模拟，深入解析材料构效关系。
7. 其他价值
研究还展示了粘合剂在多次循环使用中的性能稳定性（7次重复粘接后强度保持率>90%），为可持续材料设计提供了实践参考。