211service.com
lepka nanotaśma
Od lat naukowcy zajmujący się materiałami próbują dogonić gekony. Kleje, które podobnie jak stopy gekona są suche, mocne, wielokrotnego użytku i samoczyszczące, mogą pomóc robotom wspinać się po ścianach lub trzymać razem elementy elektryczne, nawet w trudnych warunkach kosmicznych. Ale trudno było zaprojektować mocne kleje, które można ponownie podnieść. Teraz naukowcy opracowali klej wykonany z nanorurek węglowych, których struktura bardzo przypomina stopy gekonów. Jest 10 razy bardziej klejący niż łapki jaszczurek i, podobnie jak naturalny klej, łatwo się podnosi. Działa na różnych powierzchniach, w tym na szkle i papierze ściernym.
Taśma Gecko: Macierze nanorurek węglowych z pionowo wyrównaną sekcją (u dołu po lewej) i rozgałęzioną, splątaną górną warstwą (u dołu po prawej) naśladują struktury stóp gekona, ale są 10 razy bardziej przyczepne.
Opracowany przez grupę kierowaną przez Wapnowanie Dai , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie w Dayton oraz Zhong Wang , dyrektor Centrum Charakteryzacji Nanostruktur w Georgia Tech, klej nie jest pierwszym klejem wykonanym z nanorurek węglowych. Jest jednak znacznie silniejszy niż poprzednie kleje do nanorurek. Jego rozgałęziona struktura bardziej naśladuje struktury na stopach gekonów, które są pokryte milionami mikroskalowanych włosów, które rozgałęziają się na wiele mniejszych włosów, z których każdy ma słabą interakcję elektryczną z powierzchnią. Te liczne słabe interakcje składają się na silną przyczepność na obszarze stopy. Wcześniej naukowcy wykazali, że macierze ustawionych pionowo nanorurek węglowych mają podobne interakcje z powierzchnią.
Ludzie próbowali naśladować struktury gekona, ale nie jest to łatwe, mówi Dai. Używając podłoża krzemowego, on i jego grupa wyhodowali układy ustawionych pionowo nanorurek węglowych zwieńczonych nierówną warstwą nanorurek, jak rzędy drzew z rozgałęzionymi wierzchołkami. Siła adhezji tych macierzy nanorurek wynosi około 100 niutonów na centymetr kwadratowy – wystarczy, aby materiał o wymiarach cztery na cztery milimetry kwadratowy zmieścił podręcznik o wadze 1480 gramów. A jego właściwości adhezyjne były takie same podczas testów na bardzo różnych powierzchniach, w tym na płytkach szklanych, foliach polimerowych i szorstkim papierze ściernym.
Jedną z zalet tego kleju nad innymi jest to, że jego wytrzymałość jest silnie zależna od kierunku. Kiedy jest ciągnięty w kierunku równoległym do jego powierzchni, jest bardzo silny. To dlatego, że rozgałęzione nanorurki zostają wyrównane, mówi Dai. Ale kiedy wyciąga się go z niewielką siłą, jak odrywa się kawałek taśmy klejącej, nanorurki tracą kontakt jedna po drugiej.
Multimedia
Obejrzyj taśmę w akcji.
Im większa siła klejenia, tym lepiej, mówi Ali Dhinojwala , profesor nauk o polimerach na Uniwersytecie w Akron. Jednak, mówi Dhinojwala, który pracuje również nad klejami do nanorurek węglowych, musimy również rozwiązać inne problemy, zanim będą one opłacalne komercyjnie. Roboty do wspinania się po ścianach będą wymagały klejów, które działają raz za razem, nie zużywając się ani nie zapychając brudem. Chcemy, aby robot wykonał ponad 50 kroków w brudnym środowisku – mówi Dhinojwala. Nikt nie zademonstrował mocnych klejów inspirowanych gekonami, które to potrafią. A kleje z nanorurek będą musiały być hodowane na innych podłożach niż te stosowane do tej pory. Nanorurki węglowe łatwo rosną na płytkach krzemowych; tworzenie dużych powierzchni kleju nie stanowiłoby problemu. Ale nie zamierzamy przyklejać wafli krzemowych do stóp robota, mówi Dhinojwala.
Dai twierdzi, że wszechstronność nanorurek węglowych może pomóc w przezwyciężeniu problemu brudu. Struktury te można łatwo sfunkcjonalizować białkami i innymi polimerami. Dai opracowuje adhezyjne macierze nanorurek pokrytych białkami, które zmieniają swój kształt w odpowiedzi na zmiany temperatury. Robot może mieć stopy, które się nagrzewają, gdy się zatkają, zrzucając brud, aby mógł dalej chodzić.
Inne zastosowania kleju mogą lepiej wykorzystywać właściwości nanorurek węglowych niż robotyka. Nanorurki węglowe są wysoce przewodzące elektryczność i mają obiecujące właściwości termiczne, zauważa Dai. Kleje nanorurek stworzone w celu zastąpienia lutu do łączenia ze sobą elementów elektronicznych mogą również działać jako radiatory. Mówi się, że inne kleje inspirowane gekonami wykonane z polimerów nie wytrzymują wysokich temperatur Metin Sitti , który kieruje laboratorium nanorobotyki w Carnegie Mellon. Statki kosmiczne wykorzystujące kleje do nanorurek zamiast polimerów mogłyby trafić w cieplejsze obszary.