211service.com
Klätterväggar med kolnanorör
Forskare har utvecklat en kol-nanorör-baserad tejp som kan visa sig användbar för att skapa robotar som klättrar på väggar och speciella självhäftande handskar för astronauter. Till skillnad från vanlig tejp, som så småningom tappar sin klibbighet, fastnar detta nya material som ett permanent lim, men det kan tas bort och återanvändas. Det kan också hålla sig till ett bredare utbud av material, inklusive glas och teflon.
Forskare har härmat hårstrån på geckofötter (nedre bilden) genom att odla kolnanorör i buntar.
Dubbat geckotejp av forskare, fungerar materialet genom att imitera nano- och mikroskaliga strukturer på geckos fötter som gör att de snabbt kan skala väggar och springa över tak. Tejpen är återanvändbar och kommer inte att torka upp eller glida av väggen eftersom den, till skillnad från vanlig tejp, inte använder viskoelastiska lim. Istället använder den kolnanorör för att använda mikroskala van der Waals-krafter som uppstår på mycket korta avstånd mellan ytorna. Buntar av nanorör överensstämmer med de minsta mikroskopiska variationerna på en yta, på samma sätt som knippena av nanoskopiska keratinfibrer som utgör hårstrån på geckofötter tillåter dem att anpassa sig efter väggar.
Liksom vanlig tejp, klänger geckotejp starkt när den dras parallellt med en yta; den kan bära strax under 10 pund per kvadratcentimeter. Men tejpen kan dras av relativt lätt när den dras vinkelrätt mot en yta.
I takt med att kontrollen över material i nanoskala har ökat, har antalet grupper som utvecklar versioner av geckotejp också ökat. Men den nya tejpen, gjord av forskare vid University of Akron och Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), är mycket starkare än de versionerna och kan bära fyra gånger mer vikt per område än geckofötter. Andra forskare har försökt använda kolnanorör tidigare, delvis för att de är mycket starka och tål mycket högre temperaturer än plast, och skulle därför vara användbara i fler applikationer. Men de nanorören var för styva för att vara praktiska, säger Manoj Chaudhury , professor i kemiteknik vid Lehigh University, som har arbetat med liknande projekt. Så Akron- och RPI-forskarna modifierade nanorören genom att utnyttja det faktum att de kan odlas kemiskt för att ha olika antal väggar. Forskarna hittade en balans mellan att ha för många väggar, vilket gör nanorören för stela, och att ha för få, vilket gör dem svaga, säger Chaudhury.
Multimedia
Se ett bildspel om tekniken.
För att göra tejpen ännu starkare med bibehållen flexibilitet tog forskarna ett tips från geckos. De odlade nanorör i distinkta buntar, ungefär som buntarna av fibrer som utgör hårstrån på geckofötter. Nanorör tillverkas genom att katalysatorer exponeras för kolväteråvaror: gradvis byggs kol upp på katalysatorerna i ett distinkt atomarrangemang som bildar rör. Forskarna odlade nanorör i buntar genom att deponera katalysatormaterialet i ett mönster av separata rutor. De överförde sedan dessa buntar av nanorör till en flexibel plast för att göra tejpen.
Bandet kan fortfarande förbättras på ett antal sätt. Just nu krävs det ett betydande tryck för att få bra kontakt mellan nanorören och ytan, säger Metin Sitti , professor i maskinteknik vid Carnegie Mellon University, som utvecklar liknande material. Chaudhury säger att det i slutändan skulle vara trevligt att ha ett material som fastnar med lite eller inget tryck, särskilt för användning med väggklättringsrobotar. Ali Dhinojwala , en professor i polymervetenskap vid University of Akron, som ledde arbetet, säger att fästtrycket kan minskas genom att göra saker som att mjuka upp tejpens baksida.
Forskarna vill också göra tejpen starkare. Just nu, när den dras parallellt med en yta, släpper tejpen inte för att kolnanorören lossnar från ytan, utan för att själva nanorören går sönder. Forskarna arbetar för närvarande med ett antal sätt att stärka nanorören för att dra fördel av denna starka vidhäftning. De arbetar också för att göra bandet återanvändbart tusentals gånger, snarare än de dussintals gånger som det kan användas nu. För att uppnå detta mål måste Dhinojwala och hans team göra tejpen självrengörande, som geckofötter.
För att kommersialisera tejpen kommer forskarna också att behöva göra större tejplappar. Hittills har de bara gjort bitar av tejp som är mycket mindre än en krona.