近日，新加坡南洋理工大學的科學家們發布聲明稱已經開發出一種可以利用磁場使粘合劑（如膠水）固化的新方法。據悉這種新方法能同時節省能源，時間和空間，對推動綠色製造有巨大的潛力！
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新式膠水
通常將用於粘合塑料，陶瓷和木材的常規粘合劑（例如環氧樹脂）會被設計為使用濕氣，熱或光進行固化。它們通常需要特定的固化溫度，範圍從室溫到80攝氏度。當膠水結晶並硬化以達到其最終強度時，必須進行固化過程以使膠水與兩個固定表面交聯和粘合。
環氧樹脂
這次NTU研製的新型「磁固化」膠可以通過使其穿過磁場而固化。這在某些環境條件下非常有用，例如當粘合劑被夾在橡膠或木頭等絕緣材料之間時，傳統的活化劑（如熱，光和空氣）就難以發揮作用。
目前，諸如自行車車架，頭盔和高爾夫球桿之類的復合材料產品都是由兩部分環氧粘合劑製成的，其中將樹脂和硬化劑混合在一起，固化的反應就會立即開始。
對於碳纖維製造商（將碳薄帶逐層粘合在一起）和運動器材製造商（涉及碳纖維）而言，他們的工廠通常會使用大型高溫烤箱以達到在數小時內固化環氧膠。而這種高能耗的固化過程是碳纖維成本高的主要原因。
Raju V.Ramanujan教授展示效果
提高效率
研發者之一的Ramanujan教授說：「我們的溫度控制型磁性納米粒子是被設計為可以與現有的一鍋式粘合劑配方混合的，因此市場上的許多現有的環氧基粘合劑都可以轉化為磁場激活膠。」
「它不需要與任何硬化劑或促進劑混合，而且與兩組分膠粘劑（使用前必須將兩種液體混合）不同，這種新式膠水更易於製造和應用：因為它只需通過磁場就會被固化並將材料粘合在一起，而產生磁場的小型電磁設備非常容易生產且與傳統的大型烤箱相比耗能也少的多。」
市面上常見的環氧基粘合劑
另一位共同研發者Richa Chaudhary博士說：「我們新開發的磁致膠粘劑的固化僅需數分鐘而不是數小時，並且能夠固定具有高強度結合力的表面，這種有效的過程還可以節省成本，因為大大減少了常規熱固化所需的空間和能量。」
「具體來說，用200瓦的電磁設備可以在5分鐘內固化1克新型粘合劑，大約會消耗消耗16.6瓦時。而傳統的2000瓦烤箱需要高溫烤一小時來固化傳統的環氧樹脂，大約會消耗2000瓦時，所需能源少120倍。」
新型膠水
工作原理
新型粘合劑由兩個主要成分組成：可通過加熱固化的市售環氧樹脂；以及由錳，鋅和鐵（MnxZn1-xFe2O4）通過化學方法製成的氧化物納米顆粒。
這些納米粒子被設計為在電磁能通過時加熱，從而激活固化過程。這些特殊的納米顆粒可以控制最高溫度和加熱速率，從而避免了過熱和熱點的形成。
CNP表征
這個過程無需大型工業烤箱，能同時節省能源，時間和空間，且對推動綠色製造有巨大的潛力。因為綠色製造需要在較低的溫度下生產產品，並減少用於加熱和冷卻的能量。
應用前景
這種新式膠水由NTU材料科學與工程學院的副教授Terry Steele和Raju V.Ramanujan教授，Richa Chaudhary博士共同研製，這些發現發表在了《Applied Materials Today》科學期刊上，具有廣泛的應用前景：包括高端運動器材，汽車產品，電子，能源，航空航天和醫療製造過程。實驗室測試表明，這種新型粘合劑的強度高達7兆帕，與市場上的許多環氧粘合劑相當。
材料學院副教授Terry Steele，Raju V.Ramanujan教授，Richa Chaudhary博士 (左至右)
高級膠粘劑專家Steele副教授還解釋說：「我們主要開發的是一種在暴露於磁場幾分鐘內就能固化膠粘劑，且同時又可以防止膠粘劑表面過熱的方法。而做到這些我們需要用到一些對熱非常敏感的材料，例如柔性電子和可生物降解的塑料。」
這個為期三年的項目得到了新加坡的研究機構（ASTAR）的支持。展望未來，該團隊已通過該大學的創新和企業公司NTUitive申請了專利。他們希望與膠粘劑製造商合作，共同推進其技術的商業化和快速走向市場。
Terry Steele副教授（左）與Richa Chaudhary博士
*本文圖片來源：NTU官網，NTU 臉書、推特、維基百科以及所發表文章截圖
參考文獻：
1. 「Magnetocuring of temperature failsafe epoxy adhesives」 published in Dec issue of Applied Materials Today. doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100824
2. 「NTU scientists invent glue activated by magnetic field」, NTU News Release.
