211service.com
Klatrevægge med kulstof nanorør
Forskere har udviklet et kulstof-nanorør-baseret tape, der kan vise sig nyttigt til at skabe robotter, der klatrer på vægge og specielle klæbende handsker til astronauter. I modsætning til almindelig tape, som til sidst mister sin klæbrighed, klæber dette nye materiale som en permanent lim, men det kan fjernes og genbruges. Det kan også holde sig til et bredere udvalg af materialer, herunder glas og teflon.
Forskere har efterlignet hårene på gekkofødder (nederste billede) ved at dyrke kulstofnanorør i bundter.
Kaldt gekkotape af forskere, fungerer materialet ved at efterligne nano- og mikroskalastrukturerne på gekkoers fødder, der giver dem mulighed for hurtigt at skalere vægge og løbe hen over lofter. Tapen kan genbruges og vil ikke tørre op eller glide af væggen, fordi den i modsætning til almindelig tape ikke bruger viskoelastisk lim. I stedet bruger den kulstof-nanorør til at gøre brug af van der Waals-kræfter i mikroskala, der opstår på meget korte afstande mellem overflader. Bunter af nanorør tilpasser sig de mindste mikroskopiske variationer på en overflade, på samme måde som bundterne af nanoskopiske keratinfibre, der udgør hårene på gekkofødder, tillader dem at tilpasse sig vægge.
Som almindelig tape klæber gekkotape stærkt, når den trækkes parallelt med en overflade; den kan støtte lige under 10 pund per kvadratcentimeter. Men tapen kan relativt let pilles af, når den trækkes vinkelret på en overflade.
Efterhånden som kontrollen med materialer på nanoskala er vokset, er antallet af grupper, der udvikler versioner af gekkotape, også vokset. Men det nye bånd, lavet af forskere ved University of Akron og Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), er meget stærkere end disse versioner og er i stand til at understøtte fire gange mere vægt pr. område end gekkofødder. Andre forskere har tidligere forsøgt at bruge kulstof nanorør, delvist fordi de er meget stærke og kan modstå meget højere temperaturer end plastik, og derfor ville de være nyttige i flere applikationer. Men de nanorør var for stive til at være praktiske, siger Manoj Chaudhury , professor i kemiteknik ved Lehigh University, som har arbejdet på lignende projekter. Så Akron- og RPI-forskerne modificerede nanorørene ved at udnytte det faktum, at de kan dyrkes kemisk til at have forskellige antal vægge. Forskerne fandt en balance mellem at have for mange vægge, hvilket gør nanorørene for stive, og at have for få, hvilket gør dem svage, siger Chaudhury.
Multimedier
Se et diasshow om teknologien.
For at gøre tapen endnu stærkere og samtidig bevare fleksibiliteten tog forskerne et tip fra gekkoerne. De dyrkede nanorør i særskilte bundter, ligesom de bundter af fibre, der udgør hårene på gekkofødder. Nanorør fremstilles ved at udsætte katalysatorer for kulbrinteråstoffer: gradvist opbygges kulstof på katalysatorerne i et karakteristisk atomarrangement, der danner rør. Forskerne dyrkede nanorør i bundter ved at deponere katalysatormaterialet i et mønster af separate firkanter. De overførte derefter disse bundter af nanorør til en fleksibel plastik for at lave båndet.
Båndet kan stadig forbedres på en række måder. Lige nu kræver det et betydeligt tryk for at få god kontakt mellem nanorørene og overfladen, siger Metin Sitti , professor i maskinteknik ved Carnegie Mellon University, som er ved at udvikle lignende materialer. Chaudhury siger, at det i sidste ende ville være rart at have et materiale, der klæber med lidt eller intet tryk, især til brug med vægklatrerobotter. Ali Dhinojwala , en professor i polymervidenskab ved University of Akron, der ledede arbejdet, siger, at vedhæftningstrykket kan reduceres ved at gøre ting som at blødgøre båndets bagside.
Forskerne vil også gerne gøre båndet stærkere. Lige nu, når det trækkes parallelt med en overflade, frigives tapen ikke fordi kulstofnanorørene kommer af overfladen, men fordi nanorørene selv går i stykker. Forskerne arbejder i øjeblikket på en række måder at styrke nanorørene på for at drage fordel af denne stærke vedhæftning. De arbejder også på at gøre båndet genanvendeligt tusindvis af gange i stedet for de snesevis af gange, det kan bruges nu. For at nå dette mål bliver Dhinojwala og hans team nødt til at gøre båndet selvrensende, som gekkofødder.
For at kommercialisere båndet skal forskerne også lave større lapper bånd. Indtil videre har de kun lavet stykker tape, der er langt mindre end en skilling.