7月27日消息，一项发表于《Nature Communications》的研究揭示了金属-聚合物界面化学键合的内在电子机制，通过调控界面电子结构实现了无需胶粘剂的强韧金属-聚合物直接结合。

金属-聚合物混合结构兼具金属的强度和聚合物的轻质柔性，在航空航天、汽车轻量化等先进工程领域具有重要应用。但两类材料的连接极为困难，因原子结构、表面性质、热膨胀和键合行为差异显著。工业上通常依赖机械紧固件、表面粗化或胶粘剂层连接，但这些方法增加重量、产生应力集中，且可能在潮湿或温度变化环境下失效。

研究团队结合密度泛函理论（DFT）计算和精密实验，系统研究了氧化金属表面与羧基官能化聚合物在热连接过程中的界面行为。他们发现，孤对电子给体、电荷重新分布和轨道杂化共同在界面创造强化学键。

具体而言，通过在金属表面工程化引入氧空位、在聚合物端设计羧基官能团，研究者使镁合金与碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）接头的拉伸剪切强度提高了一倍以上。这一方法不依赖任何胶粘剂中间层。

为验证模拟结果，研究团队采用了多种先进表征手段：X射线光电子能谱（XPS）测量电子结合能变化；傅里叶变换红外光谱（FTIR）追踪官能团演变；电子顺磁共振（EPR）表征氧空位；电子能量损失谱（EELS）和原子力显微镜（AFM）分析界面形貌和电子结构。

这一成果将金属-聚合物界面设计从试错法推进到基于电子结构工程的理性设计阶段，对轻量化混合材料在汽车、航空航天和电子封装领域的大规模应用具有重要指导意义。传统胶粘剂通常含有挥发性有机化合物（VOC），无胶粘剂方案也有助于提升制造过程的环保性。 （来源：AZoM）