211service.com
Sticky Nanotape
I åratal har materialforskare försökt komma ikapp geckos. Lim som, precis som geckofötter, är torra, kraftfulla, återanvändbara och självrengörande kan hjälpa robotar att klättra på väggar eller hålla ihop elektriska komponenter, även under de svåra förhållandena i yttre rymden. Men det har varit svårt att designa starka lim som kan lyftas upp igen. Nu har forskare utvecklat ett lim tillverkat av kolnanorör vars struktur nära efterliknar den hos geckofötter. Det är 10 gånger mer vidhäftande än ödlornas fötter och, precis som det naturliga limmet, lätt att lyfta upp igen. Och det fungerar på en mängd olika ytor, inklusive glas och sandpapper.
Geckotejp: Arrayer av kolnanorör med en vertikalt inriktad sektion (nedre till vänster) och ett grenat, trassligt övre lager (nedre till höger) efterliknar strukturerna hos geckofötter men är 10 gånger mer vidhäftande.
Utvecklad av en grupp som leds av Kalkning Dai , professor i materialteknik vid University of Dayton, och Zhong Wang , chef för Center for Nanostructure Characterization vid Georgia Tech, är limmet inte det första som är gjort av kolnanorör. Det är dock mycket starkare än tidigare nanorörslim. Dess grenade struktur efterliknar strukturerna på geckofötter, som är täckta med miljontals mikroskaliga hårstrån som förgrenar sig till många mindre hårstrån, som vart och ett har en svag elektrisk interaktion med en yta. Dessa många svaga interaktioner ger stark vidhäftning över fotens område. Tidigare har forskare visat att arrayer av vertikalt inriktade kolnanorör har liknande interaktioner med en yta.
Folk har försökt efterlikna geckostrukturerna, men det är inte lätt, säger Dai. Med hjälp av ett kiselsubstrat odlade han och hans grupp uppsättningar av vertikalt inriktade kolnanorör toppade med ett oriktat lager av nanorör, som rader av träd med grenade toppar. Den vidhäftande kraften hos dessa nanorörsmatriser är cirka 100 newton per kvadratcentimeter – tillräckligt för att en kvadrat av materialet fyra gånger fyra millimeter ska hålla upp en 1 480 grams lärobok. Och dess vidhäftningsegenskaper var desamma när de testades på mycket olika ytor, inklusive glasplattor, polymerfilmer och grovt sandpapper.
En fördel med detta lim framför andra är att dess styrka är starkt riktningsberoende. När den dras i en riktning parallell med dess yta är den väldigt stark. Det beror på att de grenade nanorören blir i linje, säger Dai. Men när den dras upp med liten kraft, som man skulle dra av en bit tejp, tappar nanorören kontakten ett efter ett.
Multimedia
Se bandet i aktion.
Ju större vidhäftningsstyrka desto bättre, säger man Ali Dhinojwala , professor i polymervetenskap vid University of Akron. Men, säger Dhinojwala, som också arbetar med kol-nanorörslim, vi måste också lösa andra problem innan de är kommersiellt gångbara. Väggklättringsrobotar kommer att kräva lim som fungerar om och om igen utan att slitas ut eller att bli igensatt av smuts. Vi vill att en robot ska ta mer än 50 steg i en smutsig miljö, säger Dhinojwala. Ingen har visat starka gecko-inspirerade lim som kan göra detta. Och nanorörslim kommer att behöva odlas på andra substrat än de som hittills använts. Kolnanorör är lätta att odla på kiselwafers; att skapa stora ytor av limmet skulle inte vara ett problem. Men vi kommer inte att fästa kiselskivor på robotfötter, säger Dhinojwala.
Dai säger att kolnanorörens mångsidighet kan hjälpa till att övervinna smutsproblemet. Dessa strukturer kan lätt funktionaliseras med proteiner och andra polymerer. Dai utvecklar självhäftande nanorörsmatriser belagda med proteiner som ändrar form som svar på temperaturförändringar. En robot kan ha fötter som värms upp när de blir igensatta och släpper ut smuts så att den kan fortsätta gå.
Andra tillämpningar av limmet kan dra bättre fördel av kolnanorörs egenskaper än robotteknik skulle göra. Kolnanorör är mycket ledande för elektricitet och har lovande termiska egenskaper, konstaterar Dai. Nanorörslim skapade för att ersätta lod för att hålla ihop elektronikkomponenter kan också fungera som kylflänsar. Andra gecko-inspirerade lim tillverkade av polymerer kan inte hålla upp till höga temperaturer, säger Metin Sitti , som leder nanorobotlabbet vid Carnegie Mellon. Rymdfarkoster som använder nanorörslim istället för polymerer kan gå till hetare områden.