Underwater contact adhesion and microarchitecture in polyelectrolyte complexes actuated by solvent exchange

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作者
Qiang Zhao,Dong Woog Lee,B. Kollbe Ahn,Sungbaek Seo,Yair Kaufman,Jacob N. Israelachvili,J. Herbert Waite
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:15 (4): 407-412 被引量:492
标识
DOI:10.1038/nmat4539
摘要

Polyelectrolyte complexation triggered by solvent exchange enables robust underwater contact adhesion for plastics, glasses, metals and other surfaces. Polyelectrolyte complexation is critical to the formation and properties of many biological and polymeric materials, and is typically initiated by aqueous mixing1 followed by fluid–fluid phase separation, such as coacervation2,3,4,5. Yet little to nothing is known about how coacervates evolve into intricate solid microarchitectures. Inspired by the chemical features of the cement proteins of the sandcastle worm, here we report a versatile and strong wet-contact microporous adhesive resulting from polyelectrolyte complexation triggered by solvent exchange. After premixing a catechol-functionalized weak polyanion with a polycation in dimethyl sulphoxide (DMSO), the solution was applied underwater to various substrates whereupon electrostatic complexation, phase inversion, and rapid setting were simultaneously actuated by water–DMSO solvent exchange. Spatial and temporal coordination of complexation, inversion and setting fostered rapid (∼25 s) and robust underwater contact adhesion (Wad ≥ 2 J m−2) of complexed catecholic polyelectrolytes to all tested surfaces including plastics, glasses, metals and biological materials.
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