本发明涉及黏附调控，具体涉及一种快速的开关黏附调控方法及其应用。
背景技术：
1、为了满足微转移印刷、机器人或人的爬壁、机器人软体抓手、柔性电子皮肤和可穿戴监测设备等新兴技术的高级应用需求，新一代开关黏附技术被提出。所谓开关黏附，是指在需要黏附时能够实现黏附开启(对应强黏附)，而不需要黏附时能够轻松实现黏附关闭(对应弱黏附)。黏附强度、黏附开关比(即强黏附与弱黏附之比)和开关时间(即从强黏附变换到弱黏附所需的时间)是开关黏附技术的三个重要指标。
2、在自然界中，壁虎的刚毛型黏附脚趾垫显示了强黏附(～100kpa)、易脱附(黏附和摩擦力变化超过3个数量级)和快速黏-脱变换(15-20ms)的开关黏附特征，这使它们能够在不同的自然或人造壁面稳定、快速攀爬。为了实现与壁虎类似甚至增强的开关黏附，基于外界刺激的开关黏附技术被发展，这些开关黏附技术在黏附强度、黏附开关比和开关时间方面各具优势，比如：通过电或磁刺激实现的开关黏附，黏附开关时间短，但黏附强度较低；通过光或热刺激实现的开关黏附，黏附强度高、黏附开关比大，但黏附开关时间较长；通过机械刺激实现的开关黏附，具有适中的黏附开关比和开关时间。特别地，热敏形状记忆聚合物(smp)因其优异的形状记忆和显著的变刚度特性在开关黏附应用中表现尤为突出，smp黏附材料在光滑或粗糙、干或湿的硬基底表面都显示了高的黏附强度和黏附开关比，薄层smp黏附材料还对柔性纺织品显示了很好的形状和弯曲双适应以及强的黏附接触。然而，为了实现黏附开状态，必须先主动升温至远高于smp玻璃转变温度(tg)时的软橡胶态，通过施加预压力形成接触，接着保持预压力不变，降温至远低于tg时的刚性玻璃态，完成形状固定和刚度显著增大(对应大的接触面积和均匀的界面应力分布)，从而增强黏附；而为了实现黏附关状态，必须再次将温度升高到远高于tg时的软橡胶态，通过形变回复伴随的弹性能释放、刚度的降低和接触面积的减小使黏附性能明显降低，但通常达不到0黏附水平。缓慢的升温、降温过程使黏附开关周期较长，实现黏附开的时间通常需要1-2min甚至更长，实现黏附关的时间(即黏附开关时间)通常需要数十秒。
3、上述现有技术至少存在以下缺陷：(1)基于单一刺激方式的开关黏附技术无法同时具备高黏附强度、大黏附开关比和短开关时间；(2)基于形状记忆和变刚度特性的开关黏附技术在宏观尺度的黏附开关时间和黏附开关周期均较长，黏附开关响应慢；(3)黏附关时的黏附性能难以达到0水平，这使黏附开关比不太大。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种快速的开关黏附调控方法及基于此的应用。
2、为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、本发明首先提供一种快速的开关黏附调控方法，包括以下步骤：
4、步骤1：制备开关黏附件；
5、所述开关黏附件包括一个黏附层和一个刺激模块，所述刺激模块用于对黏附层施加刺激进而调控黏附层的温度；
6、所述黏附层具有相变特征，在相转变温度ttrans附近的相变区具有强的粘弹性，ttrans不低于室温。相变区的温度范围可通过动态热机械分析(dma)方法确定，相转变温度可通过差示扫描量热仪(dsc)或动态热机械分析(dma)方法确定。
7、步骤2：通过黏附测试确定温度t时的第一临界拉开速率vc1和第二临界拉开速率vc2；
8、所述温度t不低于ttrans-10℃，且位于所述黏附层的相变区，使黏附层具有强的粘弹性；
9、在所述温度t通过所述黏附测试获得所述黏附层在不同拉开速率下的黏附力，黏附力与拉开速率之间存在如下变化规律：黏附力随拉开速率的增大逐渐增大至峰值黏附力，然后随拉开速率的继续增大逐渐从峰值黏附力降低至0；
10、所述第一临界拉开速率vc1对应峰值黏附力，所述第二临界拉开速率vc2对应0黏附力；
11、所述第二临界拉开速率vc2明显高于第一临界拉开速率vc1；而且随温度t升高黏附层的粘弹性呈减弱趋势，vc1和vc2随t增大而整体增大。
12、步骤3：温度t时使开关黏附件与被黏物形成良好接触，以第一临界拉开速率vc1卸载和拉开开关黏附件，实现黏附开启。
13、步骤4：温度t时使开关黏附件与被黏物形成良好接触，以第二临界拉开速率vc2卸载和拉开开关黏附件，实现黏附关闭。
14、优选地，步骤1中用于制备所述黏附层的材料包括但不限于响应性无定形或半晶态聚合物、水凝胶、液晶弹性体、液态金属及其与其他功能材料形成的复合材料等中的至少一种，只要满足步骤1中ttrans不低于室温的要求，同时满足步骤2中黏附力与拉开速率之间存在的变化规律，即可用于作为制备所述黏附层的材料。
15、再优选地，步骤1中所述黏附层的表面为光滑或具有仿生微结构阵列。
16、优选地，步骤1中所述刺激模块采用可调控黏附层温度的直接或间接刺激方式，包括但不限于光、热、电或磁等方式中的一种。
17、优选地，步骤2中所述黏附测试包括接触黏附测试、剥离测试、拉伸测试、搭接剪切测试和爆破压力测试等中的至少一种，开展所述黏附测试时，固定其他测试参数，仅改变拉开速率。
18、本发明进一步提供一种上述开关黏附调控方法的应用，包括如下步骤：
19、步骤1：通过刺激模块施加刺激，使黏附层的温度达到t并保持，此时黏附层具有强的粘弹性。
20、步骤2：使黏附层与供者基底表面的被黏物形成良好接触。
21、步骤3：以第一临界拉开速率vc1卸载和拉开开关黏附件，使黏附开启，实现将被黏物稳定拾起。
22、步骤4：将被黏物转移至目标基底表面的特定位置，使黏附层表面的被黏物与目标基底形成良好接触。
23、步骤5：以第二临界拉开速率vc2卸载和拉开开关黏附件，使黏附关闭，实现将被黏物轻松释放到目标基底表面。
24、优选地，所述被黏物可以是一维、二维或三维的固体，可以具有不同的形状、尺寸和材质，可以具有干或湿的光滑或粗糙表面。
25、优选地，步骤2中所述供者基底和步骤4中所述目标基底的材质可为刚性或柔性。
26、再优选地，步骤4中所述目标基底具有规则或不规则的平表面或曲表面。
27、优选地，步骤2至步骤5中可通过手动或自动方式进行所述开关黏附件对被黏物的拾起、转移和释放操作。
28、本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：
29、本发明利用黏附层材料在其相变温度ttrans附近相转变区的强粘弹性和黏附性能对拉开速率强且独特的依赖特征，在恒定的温度下，通过调节拉开速率即可实现对开关黏附的快速调控。在卸载和拉开过程中，采用第一临界拉开速率vc1可实现显著黏附增强，黏附强度达到700kpa，而采用第二临界拉开速率vc2可使黏附减弱至0水平，这使黏附开关比趋于无穷大。由于黏附开启(对应强黏附)和关闭(对应0黏附)在恒定的温度下就实现了，无需缓慢的加热和冷却过程，与基于形状记忆和变刚度的开关黏附技术相比，这使黏附开启的时间显著缩短；而由于0黏附需在更高的临界拉开速率vc2下实现，这使黏附开关时间从数十秒缩短至数十毫秒。很明显，本发明提出的快速开关黏附调控方法同时具备高黏附强度、大开关比和短开关时间，而且也显著缩短了黏附开启和关闭的时间周期，因此，能够显著提高黏附开关效率。本发明很好地解决了现有技术的不足，方法简单、易于实现，可被广泛应用于微转移印刷、机器人爬壁和软体抓手等需要快速黏附开关响应的新兴技术领域。
1.一种快速的开关黏附调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种快速的开关黏附调控方法，其特征在于：步骤1中用于制备所述黏附层的材料满足步骤1中ttrans不低于室温的要求，同时满足步骤2中黏附力与拉开速率之间存在的变化规律。
3.如权利要求1所述的一种快速的开关黏附调控方法，其特征在于：步骤1中用于制备所述黏附层的材料包括响应性无定形或半晶态聚合物、水凝胶、液晶弹性体、液态金属及其与其他功能材料形成的复合材料中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种快速的开关黏附调控方法，其特征在于：步骤1中所述黏附层的表面为光滑或具有仿生微结构阵列。
5.如权利要求1所述的一种快速的开关黏附调控方法，其特征在于：步骤1中所述刺激模块采用可调控黏附层温度的一种直接或间接刺激方式，包括光、热、电或磁中的一种。
6.如权利要求1所述的一种快速的开关黏附调控方法，其特征在于：步骤2中所述黏附测试包括接触黏附测试、剥离测试、拉伸测试、搭接剪切测试和爆破压力测试中的至少一种，黏附测试时，固定其他测试参数，仅改变拉开速率。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的快速的开关黏附调控方法的应用，其特征在于，包括如下步骤：
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于：所述被黏物可以是一维、二维或三维的固体，可以具有不同的形状、尺寸和材质，可以具有干或湿的光滑或粗糙表面。
9.如权利要求7所述的应用，其特征在于：步骤2中所述供者基底和步骤4中所述目标基底的材质可为刚性或柔性，所述目标基底具有规则或不规则的平表面或曲表面。
10.如权利要求7所述的应用，其特征在于：步骤2至步骤5中可通过手动或自动方式进行所述开关黏附件对被黏物的拾起、转移和释放操作。
