粘附使两个界面粘在一起，它广泛存在于自然界和我们的日常生活中。粘合艺术可以追溯到古埃及。例如，由于它们的紧密粘合能力，沙堡蠕虫和海贝的粘合垫使它们能够粘附在光滑的表面上，不同的粘合组件集成到智能电子科技类产品中，伤口和器官用医用胶带愈合等。在这些应用中，将智能可穿戴设备集成到人类皮肤上以实现人机界面慢慢的变成了一个新兴的研究领域。因此，水凝胶是一种富含水分的柔软材料，结合了皮肤般的柔软性和优异的生物相容性，具有强大的粘合功能，被认为是传统粘合材料的潜在替代品。尽管引入定制的官能团、构建拓扑纠缠网络和设计生物启发的微观结构是创新技术，用于在应用于皮肤时产生具有强大和安全粘附性的水凝胶，但这些水凝胶在使用后可能很难去除。因此，制备一种坚固但可逆的粘性水凝胶是可取的，但具有挑战性。

  目前，传统的可逆粘附水凝胶可以用刺激响应性聚合物（即光异构化基团）、动态共价键（即二硫键和Diels-Alder反应）和可逆非共价相互作用（即氢键和主客体相互作用）制备。然而，所得的可逆粘附水凝胶通常表现出小于100 J/m2的窄界面韧性，或者表现出小于100 kPa的较差机械性能，并且在与皮肤连续分离后易于断裂。此外，大多数具有可逆粘附性的坚韧水凝胶不可避免地要经历复杂的过程，并且由于存在苛刻的溶剂或粘附所需的极端调节过程，很难使这些水凝胶与皮肤相容。因此，开发一种简单的方法来设计具有强粘附性、机械但动态可逆和皮肤友好特性的水凝胶是特别关键的，并在该领域提出了一个有趣的目标。

  相分离是高分子化学中一个众所周知的现象。然而，它在高性能材料设计中的应用是最近才发展起来的，大多分布在在提高材料的机械性能上。利用可逆相变开发具有机械和粘合性能双重可调性的动态可切换水凝胶充满了机遇和挑战。由丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AAm）单体自由基聚合形成的共聚物聚（丙烯酸-丙烯酰胺）（P（AA-co-AAm）），可以通过温度介导可逆相分离，已被报道为一种常见的温度敏感聚合物。然而，传统的热响应共聚P（AA-co-AAm）水凝胶由于链内相互作用差而具有固有的脆性、脆性和弱粘附性，并且在从各种基质上剥离时会发生内聚失效，这也明显地使其温度驱动的相分离特征逃脱了我们的注意。因此，如何改善其固有的机械和粘合性能，以增加和扩大现代生活方式的可用性是可取的，但具有挑战性。

  1. 本工作报道了一种具有强大但可逆的机械和粘合性能的水凝胶，该水凝胶使用纤维素纳米纤维来同时解决受温度介导的相分离策略启发的多个难题。

  2. 该策略应用温度驱动的常见共聚物和纤维素纳米纤维之间氢键的形成和解离，以触发相分离的开始和终止，以此来实现动态可逆的按需性质。

  （a） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在剥离过程中通过皮肤温度触发和界面粘附行为进行相分离的示意图。（b） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶界面韧性随气温变化的比较。

  （a，b）CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在三种情况下相分离的照片和共焦图像，包括35°C、冷却至20°C和进一步加热至35°C。（c） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在三个条件下的SAXS散射强度图，包括35°C、冷却至20°C和进一步加热至35°C。（d） 在温度切换过程中，1430 cm–1（来自PAAm的−NH2）和1698 cm–1处（来自PAA或CNF的−COOH）的峰的总积分面积的2D拉曼光谱图像。（e） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶的2D-WAXD图像，温度从35°C变化到20°C。（f–h）CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶的C 1s（f）、O 1s（g）和N 1s（h）的XPS光谱。（i） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在20至35°C温度范围内的FTIR光谱。（j，k）由时间分辨的温度吸收FTIR光谱产生的2DCOS同步（j）和异步（k）光谱。在2DCOS图中，红色表示正强度，而蓝色表示负强度。

  图3. 用于评估温度对CNF、P（AA-co-AAm）和水相互作用的影响的理论模拟。

  （a） MD在不一样的温度（包括10至60°C）下模拟的氢键数量。（b） CNF和P（AA-co-AAm）在水中的端到端距离（Dend-to-End）；与CNF链和P（AA-co-AAm）链的周期性图像的平均距离。其中，Dend-to-end是指聚合物分子两端的C原子之间的距离，平均链距离表示两个聚合物分子的C原子间的平均距离。（c） CNF链和P（AA-co-AAm）链的构型示意图，CNF链（绿色）和P（AA-co-AAm）链的重叠结构（蓝色），以及CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下的MD快照。

  （a） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶（横截面积：4 mm2）在不一样的温度下举起500 g重量的照片。（b） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下在外力下拉伸的照片。（c） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下承受500 g重量的照片。（d） 显示CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在35°C下完全自修复性能的照片。（e） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下的拉伸应力-应变曲线。（f） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下的压缩应力-应变曲线。（g） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下的杨氏模量和韧性。数据以平均值±标准差表示，n=3个独立样本。（h） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下的循环韧性和拉伸强度。（i） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下的循环抗压强度。数据以平均值±标准差表示，n=3个独立样本。（j） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶和其他报道材料的机械性能。

  图5. CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下的粘合/可分离性能。

  （a） 粘附性（左）和韧性（右）相反性质之间的动态可逆转换。（b） CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在空气中的照片（左）并附在手上（右）。（c） 界面韧性（上）、剪切强度（中）和拉伸强度（下）测量的实验装置示意图：F，力；F平台，剥离试验中的平台力；Fmax，搭接剪切和拉伸试验中的最大力；W、 宽度。（d，e）CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶在不一样的温度下粘附到各种基质上的界面韧性、剪切强度和拉伸强度。（f） 粘附机制示意图。（g） 连续冷却-加热循环中CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶的可调粘合性能。（h） 与先前报道的材料相比，CNF/P（AA-co-AAm）水凝胶的粘合性能。（d）、（e）和（g）中的数据表示为平均值和标准偏差（n=3）。