211service.com
Lipni nanojuosta
Daugelį metų medžiagų mokslininkai bandė pasivyti gekonus. Klijai, kurie, kaip ir gekonų pėdos, yra sausi, galingi, daugkartinio naudojimo ir savaime išsivalantys, gali padėti robotams lipti sienomis arba laikyti kartu elektrinius komponentus net ir atšiauriomis kosmoso sąlygomis. Tačiau buvo sunku sukurti tvirtus klijus, kuriuos būtų galima vėl pakelti. Dabar mokslininkai sukūrė klijus, pagamintus iš anglies nanovamzdelių, kurių struktūra labai panaši į gekonų pėdų struktūrą. Jis yra 10 kartų labiau lipnus nei driežų pėdos ir, kaip ir natūralūs klijai, jį lengva pakelti atgal. Jis veikia ant įvairių paviršių, įskaitant stiklą ir švitrinį popierių.
Gecko juosta: Anglies nanovamzdelių matricos su vertikaliai išlygiuota dalimi (apatinėje kairėje) ir išsišakojusiu, susivėlusiu viršutiniu sluoksniu (apačioje dešinėje) imituoja gekonų pėdų struktūras, bet yra 10 kartų labiau lipni.
Sukūrė grupė, vadovaujama Kalkinimas Dai , Deitono universiteto medžiagų inžinerijos profesorius ir Zhong Wang , Georgia Tech nanostruktūrų apibūdinimo centro direktorius, klijai nėra pirmieji, pagaminti iš anglies nanovamzdelių. Tačiau jis yra daug stipresnis nei ankstesni nanovamzdelių klijai. Jo šakota struktūra labiau imituoja gekonų pėdų struktūras, kurios yra padengtos milijonais mikroskopinių plaukelių, išsišakojusių į daug mažesnių plaukelių, kurių kiekvienas turi silpną elektrinę sąveiką su paviršiumi. Šios daug silpnos sąveikos sudaro stiprų sukibimą pėdos srityje. Anksčiau mokslininkai įrodė, kad vertikaliai išlygintų anglies nanovamzdelių masyvai turi panašią sąveiką su paviršiumi.
Žmonės bandė imituoti gekonų struktūras, tačiau tai nėra lengva, sako Dai. Naudodamas silicio substratą, jis ir jo grupė išaugino vertikaliai išlygintų anglies nanovamzdelių masyvus, kurių viršuje buvo nesulygintas nanovamzdelių sluoksnis, kaip medžių eilės su šakotomis viršūnėmis. Šių nanovamzdelių matricų sukibimo jėga yra apie 100 niutonų kvadratiniam centimetrui – tiek, kad keturių x keturių milimetrų medžiagos kvadratas atlaikytų 1480 gramų vadovėlį. Ir jo sukibimo savybės buvo tokios pačios, kai buvo bandoma ant labai skirtingų paviršių, įskaitant stiklo plokštes, polimerines plėveles ir šiurkštų švitrinį popierių.
Vienas iš šių klijų pranašumų prieš kitus yra tas, kad jų stiprumas labai priklauso nuo krypties. Kai jis traukiamas lygiagrečia jo paviršiui kryptimi, jis yra labai stiprus. Taip yra todėl, kad išsišakoję nanovamzdeliai susilygina, sako Dai. Tačiau kai jis patraukiamas nedidele jėga, pavyzdžiui, nulupamas juostos gabalas, nanovamzdeliai vienas po kito praranda kontaktą.
Multimedija
Stebėkite, kaip veikia juosta.
Kuo didesnis sukibimo stiprumas, tuo geriau, sakoma Ali Dhinojwala , Akrono universiteto polimerų mokslo profesorius. Tačiau, sako Dhinojwala, kuris taip pat dirba su anglies nanovamzdelių klijais, mums taip pat reikia išspręsti kitas problemas, kol jos taps komerciškai perspektyvios. Laipiojimo ant sienos robotams reikės klijų, kurie vėl ir vėl veiktų nenusidėvėdami ir neužsikimšę nešvarumų. Norime, kad robotas nueitų daugiau nei 50 žingsnių nešvarioje aplinkoje, sako Dhinojwala. Niekas neparodė stiprių gekonų įkvėptų klijų, galinčių tai padaryti. O nanovamzdelių klijus reikės auginti ant kitokio pagrindo nei buvo naudojami iki šiol. Anglies nanovamzdelius lengva auginti ant silicio plokštelių; sukurti didelius klijų plotus nebūtų problema. Tačiau mes neketiname klijuoti silicio plokštelių prie roboto kojų, sako Dhinojwala.
Dai teigia, kad anglies nanovamzdelių universalumas gali padėti įveikti purvo problemą. Šios struktūros gali būti lengvai funkcionalizuojamos baltymais ir kitais polimerais. Dai kuria lipnias nanovamzdelių matricas, padengtas baltymais, kurie keičia savo formą reaguodami į temperatūros pokyčius. Roboto kojos gali įkaisti, kai jos užsikimšusios, nešvarumus, kad galėtų toliau vaikščioti.
Kiti klijų panaudojimo būdai gali geriau pasinaudoti anglies nanovamzdelių savybėmis nei robotika. Dai pažymi, kad anglies nanovamzdeliai yra labai laidūs elektrai ir turi daug žadančių šiluminių savybių. Nanovamzdiniai klijai, sukurti pakeisti lydmetalį, kad būtų laikomi kartu elektronikos komponentai, taip pat galėtų veikti kaip šilumos šalintuvai. Kiti gekonų įkvėpti klijai, pagaminti iš polimerų, negali atlaikyti aukštos temperatūros, sakoma Metin Sitti , kuris vadovauja Carnegie Mellon nanorobotikos laboratorijai. Erdvėlaiviai, naudojantys nanovamzdelių klijus, o ne polimerus, galėtų patekti į karštesnes vietas.