211service.com
Ściany wspinaczkowe z nanorurek węglowych
Naukowcy opracowali taśmę na bazie nanorurek węglowych, która może okazać się przydatna do tworzenia robotów wspinających się po ścianach oraz specjalnych rękawic samoprzylepnych dla astronautów. W przeciwieństwie do zwykłej taśmy, która w końcu traci swoją lepkość, ten nowy materiał przykleja się jak trwały klej, ale można go usunąć i użyć ponownie. Może również przyklejać się do szerszej gamy materiałów, w tym szkła i teflonu.
Naukowcy naśladowali włosy na stopach gekonów (zdjęcie na dole) poprzez hodowanie wiązek nanorurek węglowych.
Nazywany przez naukowców taśmą gekona, materiał działa imituje struktury nano- i mikroskali na stopach gekonów, które pozwalają im szybko wspinać się po ścianach i biegać po sufitach. Taśma jest wielokrotnego użytku i nie wysycha ani nie zsuwa się ze ściany, ponieważ w przeciwieństwie do zwykłej taśmy nie używa klejów wiskoelastycznych. Zamiast tego wykorzystuje nanorurki węglowe, aby wykorzystać siły van der Waalsa w mikroskali, które występują w bardzo krótkich odległościach między powierzchniami. Wiązki nanorurek dopasowują się do najmniejszych mikroskopijnych zmian na powierzchni, w taki sam sposób, w jaki wiązki nanoskopowych włókien keratynowych, z których zbudowane są włosy na stopach gekonów, pozwalają im dopasowywać się do ścian.
Podobnie jak zwykła taśma, taśma gekona mocno przylega, gdy jest ciągnięta równolegle do powierzchni; może wytrzymać prawie 10 funtów na centymetr kwadratowy. Ale taśmę można stosunkowo łatwo oderwać, gdy ciągnie się ją prostopadle do powierzchni.
Wraz ze wzrostem kontroli nad materiałami w nanoskali, wzrosła też liczba grup opracowujących wersje taśmy gekonowej. Ale nowa taśma, stworzona przez naukowców z University of Akron i Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), jest znacznie mocniejsza niż te wersje i jest w stanie utrzymać czterokrotnie większy ciężar na powierzchnię niż stopy gekonów. Inni badacze próbowali w przeszłości używać nanorurek węglowych, po części dlatego, że są bardzo wytrzymałe i mogą wytrzymać znacznie wyższe temperatury niż plastik, dlatego byłyby przydatne w większej liczbie zastosowań. Ale te nanorurki były zbyt sztywne, aby były praktyczne, mówi Manoj Chaudhury , profesor inżynierii chemicznej na Lehigh University, który pracował przy podobnych projektach. Dlatego naukowcy z Akron i RPI zmodyfikowali nanorurki, wykorzystując fakt, że można je hodować chemicznie, aby miały różną liczbę ścian. Naukowcy znaleźli równowagę między posiadaniem zbyt wielu ścian, co powoduje, że nanorurki są zbyt sztywne, a ich zbyt małą, co sprawia, że są słabe, mówi Chaudhury.
Multimedialne
Zobacz pokaz slajdów o technologii.
Aby uczynić taśmę jeszcze mocniejszą przy jednoczesnym zachowaniu elastyczności, naukowcy wzięli napiwek od gekonów. Wyhodowali nanorurki w odrębnych wiązkach, podobnych do wiązek włókien tworzących włosy na stopach gekonów. Nanorurki są wytwarzane przez wystawienie katalizatorów na działanie surowców węglowodorowych: stopniowo węgiel gromadzi się na katalizatorach w charakterystycznym układzie atomowym, który tworzy rurki. Naukowcy hodowali nanorurki w wiązkach, umieszczając materiał katalizatora we wzorze oddzielnych kwadratów. Następnie przenieśli te wiązki nanorurek do elastycznego plastiku, aby wykonać taśmę.
Taśmę można jeszcze ulepszyć na wiele sposobów. W tej chwili, aby uzyskać dobry kontakt między nanorurek a powierzchnią, potrzeba znacznego nacisku, mówi Metin Sitti , profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon, który opracowuje podobne materiały. Chaudhury mówi, że ostatecznie fajnie byłoby mieć materiał, który przywiera z niewielkim naciskiem lub bez nacisku, szczególnie w przypadku robotów wspinających się po ścianach. Ali Dhinojwala , profesor nauk o polimerach na Uniwersytecie w Akron, który kierował pracami, mówi, że nacisk mocowania można zmniejszyć, na przykład poprzez zmiękczenie podłoża taśmy.
Naukowcy chcą również wzmocnić taśmę. W tej chwili, ciągnięta równolegle do powierzchni, taśma uwalnia się nie dlatego, że nanorurki węglowe odrywają się od powierzchni, ale dlatego, że same nanorurki pękają. Naukowcy pracują obecnie nad wieloma sposobami wzmocnienia nanorurek, aby wykorzystać tę silną adhezję. Pracują również nad tym, aby taśma mogła być ponownie używana tysiące razy, a nie dziesiątki razy, która może być używana teraz. Aby osiągnąć ten cel, Dhinojwala i jego zespół będą musieli sprawić, że taśma będzie samoczyszcząca, jak stopy gekonów.
Aby skomercjalizować taśmę, naukowcy będą musieli również wykonać większe fragmenty taśmy. Do tej pory zrobili tylko kawałki taśmy, które są znacznie mniejsze niż dziesięciocentówka.