211service.com
Sticky Nanotape
I årevis har materialeforskere forsøgt at indhente gekkoer. Klæbemidler, der ligesom gekkofødder er tørre, kraftfulde, genanvendelige og selvrensende, kan hjælpe robotter med at klatre på vægge eller holde elektriske komponenter sammen, selv under de barske forhold i det ydre rum. Men det har været svært at designe stærke klæbemidler, der kan løftes op igen. Nu har forskere udviklet et klæbemiddel lavet af kulstofnanorør, hvis struktur tæt efterligner gekkofødder. Det er 10 gange mere klæbende end firbens fødder og, ligesom det naturlige klæbemiddel, nemt at løfte op igen. Og det fungerer på en række forskellige overflader, inklusive glas og sandpapir.
Gecko tape: Arrays af kulstofnanorør med en lodret justeret sektion (nederst til venstre) og et forgrenet, sammenfiltret øvre lag (nederst til højre) efterligner strukturerne af gekkofødder, men er 10 gange mere klæbende.
Udviklet af en gruppe ledet af Kalkning Dai , professor i materialeteknik ved University of Dayton, og Zhong Wang , direktør for Center for Nanostructure Characterization ved Georgia Tech, er klæbemidlet ikke det første, der er lavet af kulstof nanorør. Det er dog meget stærkere end tidligere nanorør-klæbemidler. Dens forgrenede struktur efterligner i højere grad strukturerne på gekkofødder, som er dækket af millioner af hår i mikroskala, der forgrener sig til mange mindre hår, som hver især har en svag elektrisk vekselvirkning med en overflade. Disse mange svage interaktioner giver en stærk vedhæftning over fodens område. Tidligere har forskere vist, at arrays af vertikalt justerede kulstofnanorør har lignende interaktioner med en overflade.
Folk har forsøgt at efterligne gekkostrukturerne, men det er ikke let, siger Dai. Ved hjælp af et siliciumsubstrat dyrkede han og hans gruppe arrays af lodret justerede kulstofnanorør toppet med et ikke-justeret lag af nanorør, som rækker af træer med forgrenede toppe. Klæbekraften af disse nanorør-arrays er omkring 100 newton per kvadratcentimeter - nok til, at en fire gange fire millimeter kvadrat af materialet kan holde en 1.480 grams lærebog. Og dens klæbeegenskaber var de samme, når de blev testet på meget forskellige overflader, herunder glasplader, polymerfilm og groft sandpapir.
En fordel ved dette klæbemiddel frem for andre er, at dets styrke er stærkt retningsafhængig. Når den trækkes i en retning parallelt med dens overflade, er den meget stærk. Det skyldes, at de forgrenede nanorør bliver justeret, siger Dai. Men når det trækkes op med lidt kraft, da man ville skrælle et stykke scotch tape, mister nanorørene kontakten et efter et.
Multimedier
Se båndet i aktion.
Jo større klæbestyrke, jo bedre, siger Ali Dhinojwala , professor i polymervidenskab ved University of Akron. Men, siger Dhinojwala, der også arbejder på carbon-nanorør-klæbemidler, vi skal også løse andre problemer, før de er kommercielt levedygtige. Vægklatrerobotter vil kræve klæbemidler, der virker igen og igen uden at blive slidt eller tilstoppet med snavs. Vi vil have en robot til at tage mere end 50 skridt i et snavset miljø, siger Dhinojwala. Ingen har demonstreret stærke gekko-inspirerede klæbemidler, der kan gøre dette. Og nanorør-klæbemidler skal dyrkes på andre underlag end dem, der hidtil er blevet brugt. Carbon nanorør er nemme at dyrke på silicium wafers; at skabe store områder af klæbemidlet ville ikke være et problem. Men vi kommer ikke til at klæbe siliciumwafers til robotfødder, siger Dhinojwala.
Dai siger, at carbon nanorørs alsidighed kan hjælpe med at overvinde snavsproblemet. Disse strukturer kan let funktionaliseres med proteiner og andre polymerer. Dai udvikler selvklæbende nanorør-arrays belagt med proteiner, der ændrer deres form som reaktion på temperaturændringer. En robot kan have fødder, der bliver varme, når de bliver tilstoppede, og smider snavs, så den kan blive ved med at gå.
Andre anvendelser af klæbemidlet kan drage bedre fordel af kulstofnanorørs egenskaber, end robotteknologi ville gøre. Carbon nanorør er stærkt ledende over for elektricitet og har lovende termiske egenskaber, bemærker Dai. Nanorør-klæbemidler skabt til at erstatte loddemidler til at holde sammen elektronikkomponenter kan også fungere som køleplader. Andre gekko-inspirerede klæbemidler lavet af polymerer kan ikke holde til høje temperaturer, siger Metin Sitti , der leder nanorobotlaboratoriet i Carnegie Mellon. Rumfartøjer, der bruger nanorør-klæbemidler i stedet for polymerer, kunne gå til varmere områder.