融入日本剪紙藝術成功消除牢固與剝離的矛盾創新膠帶 60倍黏度仍可輕鬆撕除

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2023-07-08

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黏度較強的膠帶，往往很難去除。圖／網路

維吉尼亞理工的研究員，展示採用剪紙技術的膠帶。圖／網路

剪紙藝術能把平面紙張，變成立體物件。圖／網路

研究人員正在示範，如何輕鬆撕下黏度超強的膠帶。圖／網路

編譯／韋士塔

膠帶的基本用途是固定需要黏合的物品，例如：居家用品、包裹封口，因此黏合力愈牢固愈佳，但這也常產生令人困擾的副作用，一旦需要撕除膠帶時，往往不易清除乾淨，甚至須動用化學藥劑或工具。美國科學家近來把日本一項傳統工藝融入膠帶設計，不僅大幅提升黏合強度，更神奇的是可輕鬆將膠帶撕除。

維吉尼亞理工暨州立大學（Virginia Tech）機械工程系助理教授巴特利特（Michael Bartlett）領導的研究團隊，利用日本剪紙（Kirigami）藝術設計出新款膠帶，比目前的超級黏合劑還牢固，但更容易去除，不損傷物體表面或留下難看的痕跡。

巴特利特表示，黏合力強化與容易清除是矛盾的特性，但研究團隊開發的膠帶將兩者結合，未來有可能顛覆機器人抓取物件、健康監控穿戴式裝置、設備組裝及回收等領域。

最早期的膠帶出現在1920年代，當時的主要作用是滿足汽車塗裝作業的需求；塗裝工人在車身塗上不同顏色時，使用膠帶讓作業更簡便，效果也更美觀。隨後，各式各樣的膠帶出現在市面上，應用範圍極為廣泛。

研究團隊在發表於《自然材料》（Nature Materials）期刊的報告表示：「膠帶被剝離時，通常會順著膠帶的長度呈直線分離，直到膠帶被完全撕掉；然而，強力黏合讓膠帶更難剝離，可重複使用的黏合劑較容易撕下，但必須犧牲黏合的強度。」

為了解決這種矛盾，研究團隊嘗試控制膠帶的分離路徑（separation path），將膠帶兼具黏合與容易分離的特點；研究人員在有2000年歷史的日本剪紙藝術找到靈感，在膠帶上設計一系列U形的切口，發現這種設計讓膠帶的黏合力比原本增加60倍。

巴特利特指出，剪紙藝術會把紙張折疊、切割，藉此讓平面紙張變成各種形狀，甚至成為3D的物體；研究團隊U形切口控制黏合劑的分離方式，這種特殊的切割方式，能讓黏合劑的分離路徑在特定位置向後移動，稱為「反向裂紋擴展」（reverse crack propagation），會讓黏合力非常強大。

巴特利特進一步解釋，若順著U形的底部往開口方向拉動，「反向裂紋擴展」的作用會牢牢固定膠帶；然而，只要從相反方向剝離，分離路徑會向前移動，膠帶就能輕鬆撕下。

報告指出，這項技術非常獨特，有助開發牢固但容易剝離的膠帶；此外，這項技術也適用於各種類型的膠帶，無論是ㄧ般的包裝用膠帶或醫用膠帶，黏合力都大幅提升。

巴特利特說：「使用剪紙工藝後，膠帶種類不重要，關鍵是切口的形狀與大小；我們不必使用特定的黏合劑，只要找出最合適的切口形狀及大小，就能製作黏合力超強又容易脫落的膠帶。透過數位化技術，我們有望開發出客製化的新型膠帶。」

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