粘附

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IUPAC定义一种物质附着在另一种物质表面的过程。注1：粘附需要来自化学和/或物理连接的能量，当施加足够的能量时，后者是可逆的。注2：在生物学中，粘附反映了细胞在接触表面后不久的行为。注3：在手术中，当两个组织意外融合时使用粘连。粘附力是不同颗粒或表面相互粘附的趋势（内聚力是指相似或相同的颗粒/表面相互粘附的趋势）。引起粘附和凝聚的力可分为几种类型。负责各种不干胶和胶带功能的分子间作用力分为化学粘合、分散粘合和扩散粘合。除了这些分子间力的累积量值外，还存在一定的紧急机械效应。

表面能通常被定义为构建特定表面区域所需的功。查看表面能的另一种方法是将其与切割大块样品所需的功联系起来，创建两个表面。如果新表面相同，则每个表面的表面能γ等于解理功的一半，W：γ=（1/2）W11。如果表面不相等，则适用Young-Dupré方程：W12=γ1+γ2–γ12，其中γ1和γ2是两个新表面的表面能，γ12是界面能。这种方法也可以用来讨论在另一种介质中发生的分裂：γ12=(1/2)W121=(1/2)W212。这两个能量量是指将一个物种分裂成两部分所需的能量，同时它包含在其他物种的介质中。同样对于三物种系统：γ13+γ23–γ12=W12+W33–W13–W23=W132，其中W132是在物种3的介质中从物种2中分裂物种1的能量。对劈裂能、表面能和表面张力的术语的基本理解对于理解物理状态和在给定表面上发生的事件非常有帮助，但如下所述，这些变量的理论也会产生一些有趣的影响，即关注粘合表面相对于其周围环境的实用性。

没有涵盖粘附的单一理论，并且特定机制特定于特定材料场景。已经提出了五种粘附机制来解释为什么一种材料会粘在另一种材料上：

两种材料之间的粘合强度取决于两种材料之间发生上述机制中的哪一种，以及两种材料接触的表面积。相互润湿的材料往往比不润湿的材料具有更大的接触面积。润湿取决于材料的表面能。聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯和聚甲醛等低表面能材料在没有特殊表面处理的情况下很难粘合。决定粘合接触强度的另一个因素是它的形状。复杂形状的粘合剂触点在接触区域的边缘开始分离。在影片中可以看到胶接点的破坏过程。

与上述主要表面力相一致，有几个环境影响在起作用。虽然力本身都会影响表面之间的粘合强度，但以下因素对粘合装置的整体强度和可靠性起着至关重要的作用。

拉线可能是这些影响中最关键的，并且经常出现在胶带上。当两个表面开始分离并且界面处的分子跨过间隙而不是像界面本身那样破裂时，就会发生拉丝。这种效应最显着的后果是抑制了裂缝。通过为原本脆弱的界面键提供一定的柔韧性，穿过间隙的分子可以阻止裂纹扩展。理解这种现象的另一种方法是将其与前面提到的故障点的应力集中进行比较。由于应力现在分散在某个区域上，因此任何给定点的应力都不太可能压倒表面之间的总粘合力。穿线可以适用于扩散键合方式和化学键合方式。跨越间隙的分子串要么是早期扩散过界面的分子，要么是粘弹性粘合剂，前提是在界面处有大量的分子。

众所周知，分子尺度机制和分层表面结构的相互作用会导致表面对之间的高水平静摩擦和粘合。技术先进的粘合剂设备有时会利用表面上的微结构，例如紧密包装的周期性柱。这些仿生技术的灵感来自于各种节肢动物和脊椎动物（最著名的是壁虎）脚部的粘合能力。通过将周期性断裂混合到光滑的粘性表面中，该界面获得了有价值的止裂特性。因为裂纹萌生需要比裂纹扩展更大的应力，所以像这样的表面更难分离，因为每次达到下一个单独的微观结构时都必须重新启动新的裂纹。

在这种情况下，滞后是指粘合剂界面在一段时间内的重组，其结果是分离两个表面所需的功大于将它们结合在一起所获得的功（W>γ1+γ2）。在大多数情况下，这是与扩散键合相关的现象。一对表现出扩散结合的表面重组的时间越长，发生的扩散越多，粘合力将变得越强。上述某些聚合物对聚合物表面对紫外线辐射和氧气的反应是滞后的一个例子，但如果没有这些因素，它也会随着时间的推移而发生。除了能够通过确定W>γ1+γ2是否为真来观察滞后，人们还可以通过执行“停止-启动”测量来找到它的证据。在这些实验中，两个表面连续滑动并偶尔停止一段时间。聚合物对聚合物表面的实验结果表明，如果停止时间足够短，恢复平滑滑动很容易。但是，如果停止时间超过某个限制，则运动阻力最初会增加，这表明停止时间足以使表面重新构造。

一些大气对粘合装置功能的影响可以通过遵循表面能和界面张力的理论来表征。已知γ12=(1/2)W121=(1/2)W212。如果γ12很高，那么每个物种在与外来物种接触时都发现有利于凝聚，而不是分离并与其他物种混合。如果这是真的，那么当界面张力很高时，粘附力很弱，因为每个物种都不适合与另一个物种结合。液体和固体的界面张力与液体的润湿性（相对于固体）直接相关，因此可以推断非润湿液体的内聚力增加而润湿液体的内聚力降低。验证这一点的一个例子是聚二甲基硅氧烷橡胶，这个论点可以延伸到这样一种观点，即当一个表面处于有利结合的介质中时，它不太可能粘附到另一个表面上，因为该介质占据了表面上原本可用的潜在位点粘附到另一个表面。当然，这非常适用于润湿液体，但也适用于可能吸附到相关表面上的气体分子，从而占据潜在的粘附位点。最后一点实际上是相当直观的：让粘合剂暴露在空气中太久会使它变脏，并且其粘合强度会降低。这在实验中观察到：当云母在空气中裂解时，其裂解能W121或Wmica/air/mica比真空中的裂解能Wmica/vac/mica小13倍。

横向粘附是与在基底上滑动一个物体相关的粘附，例如在表面上滑动一滴。当两个物体是固体时，无论它们之间有或没有液体，横向粘附被描述为摩擦。然而，液滴和表面之间的横向粘附行为在摩擦学上与固体之间的摩擦非常不同，平坦表面和液滴之间的自然粘附接触使这种情况下的横向粘附成为一个单独的领域。横向附着力可以使用离心附着力平衡(CAB)来测量，它使用离心力和重力的组合来解耦问题中的法向力和横向力。