Cooperative Tridentate Hydrogen-Bonding Interactions Enable Strong Underwater Adhesion

材料科学 氢键 胶粘剂 粘附 部分 水下 粘接 化学工程 复合材料 分子 图层(电子) 有机化学 化学 海洋学 工程类 地质学
作者
Zachary D. Lamberty,Ngon T. Tran,Christian D. van Engers,Preetika Karnal,Daniel B. Knorr,Joëlle Fréchette
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (29): 35720-35731 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.3c06545
摘要

Multidentate hydrogen-bonding interactions are a promising strategy to improve underwater adhesion. Molecular and macroscale experiments have revealed an increase in underwater adhesion by incorporating multidentate H-bonding groups, but quantitatively relating the macroscale adhesive strength to cooperative hydrogen-bonding interactions remains challenging. Here, we investigate whether tridentate alcohol moieties incorporated in a model epoxy act cooperatively to enhance adhesion. We first demonstrate that incorporation of tridentate alcohol moieties leads to comparable adhesive strength with mica and aluminum in air and in water. We then show that the presence of tridentate groups leads to energy release rates that increase with an increase in crack velocity in air and in water, while materials lacking these groups do not display rate-dependent adhesion. We model the rate-dependent adhesion to estimate the activation energy of the interfacial bonds. Based on our data, we estimate the lifetime of these bonds to be between 2 ms and 6 s, corresponding to an equilibrium activation energy between 23kBT and 31kBT. These values are consistent with tridentate hydrogen bonding, suggesting that the three alcohol groups in the Tris moiety bond cooperatively form a robust adhesive interaction underwater.
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