|
Фотография нанотрубок, использованных для создания нового материала, полученная с помощью электронного микроскопа. Фото авторов исследования
|
Ученым из нескольких американских университетов удалось разработать новый клеящийся материал, созданной по образцу лап гекконов - ящериц, которые могут бегать по отвесным стенам. По своим характеристикам материал, состоящий из нанотрубок, в несколько раз превосходит оригинал. Работа исследователей опубликована в журнале
Science.
Гекконы уже давно служат "опытной моделью" для создателей клеящих веществ. Исследования показали, что лапы ящериц так хорошо связываются с поверхностью благодаря покрывающим их волоскам. Множество тонких волосков имеют очень большую площадь соприкосновения с поверхностью в том случае, если они находятся под наклоном к ней. Когда волоски направлены под прямым углом к подложке, они упираются в нее своими кончиками, и общая площадь контакта мала. Поэтому геккон легко отрывает лапу от стены, когда тянет ее вертикально вверх. Если ящерица прикладывает усилие параллельно поверхности, то стволы волосков "цепляются" за нее и не дают лапе оторваться.
Сам эффект прилипания определяется силами Ван-дер-Ваальса - силами межмолекулярного взаимодействия, которые, например, удерживают вместе молекулы воды.
Несколькими группами ученых были разработаны материалы, частично копирующие подошву лап геккона. В них также использовались нанотрубки, однако эффект прилипания заметно уступал "настоящему". Авторы данной работы нашли причину неуспеха коллег. Волоски геккона имеют неодинаковую толщину: сверху они истончаются и начинают ветвится. Ветки обеспечивают дополнительную поверхность, за счет которой лапа крепче держится на стене. До сих пор исследователи создавали клеящийся материал из неветвящихся нанотрубок. В данной работе ученые создали нанотрубки, концы которых, по их собственных словам, напоминают спагетти или вьющиеся ветви винограда.
Тесты, проведенные на различных типах поверхностей, начиная от стекла и заканчивая наждачной бумагой, показали, что новый материал развивает максимальное усилие сцепления около 100 ньютонов на квадратный сантиметр (это в три раза больше, чем у предыдущих аналогов). Для того чтобы оторвать материал от поверхности в вертикальном направлении, достаточно силы в десять ньютонов.
Авторы исследования считают, что их разработка окажется полезной во многих областях промышленности. Например, клеящийся материал может оказаться востребованным для скрепления электронных устройств или для использования в космосе.
