空间限域水合实现强效水下粘附

水下黏附长期受界面水的双重作用制约——它既是键合介质，也是失效诱因。现有策略主要借鉴壁虎、章鱼的表面工程（如微纳米纤维结构排水）或贻贝、藤壶的分子工程（如亲水聚合物吸水形成化学键），但均面临强度与韧性难以兼顾的问题：高强度需要刚性致密键，高韧性则依赖动态牺牲键，而水合会进一步削弱材料的内聚和黏附强度。

为突破这一局限，本研究提出空间限域水合策略，将界面水从不利因素转化为功能要素。通过分子设计超分子协同网络（SCNs）——包含强极性基元（如UPy基团形成氢键二聚体和纳米堆叠）、弱动态连接体（如IPDI片段）和柔性疏水主链（聚醚胺链），开发出空间限域水合黏胶带（CHAT）。其核心机制是：疏水基质排斥本体水，极性基元控制界面水合，使水渗透深度限制在8微米以内。在这一水合界面层，水合塑化表层适应基底形貌，激活动态氢键形成高密度结合位点；而疏水纳米域维持本体完整性，通过熵致水排斥和能量耗散超分子网络保持力学性能。

性能测试显示，CHAT-2在玻璃基底上的界面韧性达6千焦/平方米，是干态胶带的4.64倍，远超文献报道（0.03-3.3千焦/平方米）和商用胶带（1.6-4.4千焦/平方米）。在亲水基底（如铜、钢）上的搭接剪切强度超7兆帕，疏水基底（如聚四氟乙烯）上也达1.7兆帕。且在极端条件下（pH 1、13，3.5%盐水，尿素溶液）稳定，30天盐水浸泡后性能无明显下降，20次黏附-脱黏循环后强度仍保持。

实验与模拟证实了限域水合机制：拉曼光谱和显微ATR-FTIR显示水合限于表面层（<8微米），热重分析（TGA）表明水吸收量饱和于2.5%且不再增加，原子力显微镜（AFM）显示表层模量降低而黏附力增加，本体拉伸性能与干态相近。分子动力学（MD）模拟表明，水分子被热力学驱动至聚合物表面，疏水主链阻碍其向本体渗透，极性基团通过氢键稳定界面水合层。

该研究通过将界面水作为设计变量而非需要排除的干扰，实现了水下高强度与高韧性的协同，为海洋工程（水下设备修复、深海资源开采）、生物医学（组织黏合）和工业领域（潮湿环境黏接）提供了新型材料解决方案。