这篇文档属于类型a，是一篇关于可逆生物基粘合剂的原创研究论文。以下是针对该研究的详细学术报告：
作者及发表信息
本研究由Jin Lv（四川大学高分子材料工程国家重点实验室）、Daxin Zhang（西北工业大学航空学院）、Xinkai Li（四川大学）、Yinggang Miao（西北工业大学）、Yuyan Wang（马克斯·普朗克聚合物研究所）、Ying Wang（四川大学电气工程学院）及Xinxing Zhang（四川大学，通讯作者）合作完成，于2025年8月23日发表在Nature Communications（卷16，文章编号7871）。
学术背景
研究领域：本研究属于可持续材料科学与高分子化学交叉领域，聚焦于开发可闭环回收的工程复合材料用粘合剂。
研究动机：传统石油基合成树脂粘合剂（如脲醛树脂、酚醛树脂）虽具有高粘接强度，但不可回收且存在环境与健康风险（每年约2.37亿吨废弃复合材料）。尽管已有生物基粘合剂（如木质素、大豆油衍生物）的报道，但其高内聚密度导致难以实现可控解粘，尤其对异质层状复合材料的回收构成挑战。
研究目标：开发一种基于超分子纳米限域网络策略的可逆生物基粘合剂，兼具高强度粘接（>6 MPa）和快速热响应解粘（响应时间≤10秒），并实现复合材料的高值化闭环回收。
研究流程与方法
1. 材料设计与合成
- 研究对象：以纤维素纳米晶（CNC）为基体，通过硫酸水解植物纤维素制备，再经高碘酸钠选择性氧化引入醛基（dcnc），随后与L-半胱氨酸通过希夫碱反应接枝巯基（dcnc-cys）。
- 粘合剂制备：将α-硫辛酸（LA）与1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）熔融混合，通过动态二硫键交换反应形成聚(LA)分支结构，并与dcnc-cys复合（LA-DBU/dcnc-cys）。
- 创新方法：
- 纳米限域网络：dcnc-cys通过静电屏蔽效应限制聚合物链运动，形成局部高密度交联网络，同时保留远端链段流动性。
- 超分子动态键：二硫键的热响应性（100°C下10秒内解离）实现粘合剂的快速开关（开关比>600）。
2. 结构表征
- 光谱分析：
- FTIR：1730 cm⁻¹处羰基峰及2550 cm⁻¹处S-H振动峰证实半胱氨酸接枝成功。
- Raman：二硫键振动分裂（511 cm⁻¹→双峰）表明动态交联网络形成。
- 显微技术：
- TEM显示dcnc-cys直径从48 nm降至33 nm，证实纳米限域效应。
- POM与SEM证明DBU含量>20 wt%时体系完全非晶态，避免LA结晶。
3. 粘接性能测试
- 界面结合能模拟：Materials Studio计算显示dcnc-cys使LA-DBU与铁基底的结合能从610.53 kcal/mol提升至1209.31 kcal/mol。
- 实际应用测试：
- 粘接强度：金属（6.02 MPa）、塑料（7.70 MPa）、玻璃（2.19 MPa）、木材（4.35 MPa）。
- 4 cm²粘接面积可承载65 kg成人重量（视频验证）。
- 光伏背板（1 m²）热压成型展示工业化潜力。
4. 可逆性与回收性验证
- 热循环实验：50次温度循环（25°C↔100°C）后粘接强度无衰减。
- 闭环回收：异质层复合材料（如PET/氟塑料）通过加热解粘，组分回收率>99.3%，玻璃透光率保留86.7%。
5. 生命周期评估
- USEtox模型：相比石油基粘合剂，该粘合剂减少环境负担（7.52×10⁻⁴ PAF·m³·d/kg）与健康风险（2.04×10⁻⁴病例/kg）。
主要结果与逻辑关联
- 纳米限域网络增强内聚能：dcnc-cys的引入通过多氢键与静电相互作用提升界面结合能（图3a），为高粘接强度奠定基础。
- 动态二硫键实现快速解粘：升温至100°C时，二硫键断裂导致粘度骤降（η从10⁵ Pa·s→10² Pa·s），实现“即时解粘”（图3f-g）。
- 能量耗散机制：有限元分析（FEA）显示纳米限域网络通过链段解吸附-再吸附耗散应力，避免裂纹扩展（图4d-h）。
研究结论与价值
科学价值：
- 提出“超分子纳米限域”策略，解决了粘接强度与可逆性的矛盾（传统材料开关比<50，本研究达2000）。
- 阐明动态键与纳米限域协同调控粘弹性的机理，为智能材料设计提供新范式。
应用价值：
- 适用于电气设备、航空航天等领域异质复合材料的闭环回收。
- 生物相容性验证（CCK-8实验显示细胞存活率>80%），拓展至医疗粘合剂潜力。
研究亮点
- 超高开关比：6.02 MPa→0 MPa的瞬态切换，远超同类可逆粘合剂（如离子凝胶、超分子弹性体）。
- 全生物基原料：纤维素占比36.5–46.3 wt%，减少石油依赖。
- 工业化可行性：1 m²光伏背板制备证明规模化潜力。
其他有价值内容
- 毒性评估：粘合剂提取液对L929细胞无毒性（CLSM显示绿色活细胞占比>95%）。
- 经济性分析：回收组分可直接用于熔融纺丝等二次加工，降低循环成本。
此研究为绿色智能粘合剂领域提供了实质性突破，推动工程复合材料从线性经济向循环经济转型。