19:00 2024-04-29 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Oamenii de știință dezvoltă un adeziv puternic, dar reutilizabil, din materiale inteligente

_ Oamenii de știință dezvoltă un adeziv puternic, dar reutilizabil din materiale inteligente

Oamenii de știință de la Universitatea Tehnologică Nanyang, Singapore (NTU Singapore) au dezvoltat un adeziv inteligent, reutilizabil, de peste 10 ori mai puternic decât aderența picioarelor unui gecko, indicând calea pentru dezvoltarea supercleiului reutilizabil și a grapere capabile de a menține greutăți mari pe suprafețe aspre și netede.

Echipa de cercetare NTU, condusă de profesorul K Jimmy Hsia, a găsit o modalitate de a maximiza aderența adezivilor inteligenți folosind polimeri cu memorie de formă, care se pot lipi și se detașează cu ușurință atunci când este nevoie, pur și simplu prin încălzirea lor.

Scriind luna trecută în jurnalul National Science Review, echipa detaliază progresul lor în ceea ce privește aderența prin proiectarea materialului polimeric cu memorie de formă în formă de fibrile asemănătoare părului .

Acest adeziv inteligent poate suporta greutăți extrem de mari, deschizând noi posibilități pentru dispozitivele de prindere robotizate care permit oamenilor să escaladeze pereții fără efort sau roboți care se catara care se pot agăța de tavan pentru aplicații de sondare sau reparații.

Profesorul Hsia, Catedra Președintelui de Inginerie Mecanică, Școala de Inginerie Mecanică și Aerospațială (MAE) NTU și Școala de Chimie, Inginerie Chimică și Biotehnologie, a declarat: „Această cercetare se bazează pe o înțelegere fundamentală a mecanismelor forțelor de adeziune asupra rugului. suprafete. Ne poate ajuta să dezvoltăm adezivi foarte puternici, dar ușor de detașat, adaptabili la suprafețe aspre. Tehnologia va fi foarte utilă la prinderile adezive și la roboții de cățărare și ar putea, într-o zi, să-i lase pe oameni să se cațere pe pereți ca un Om Păianjen din viața reală.”

Polimerii cu memorie de formă sunt materiale care pot păstra „amintiri” despre forma lor anterioară și revin la forma inițială după ce au fost deformate prin aplicarea unor stimuli externi precum căldură, lumină sau curent electric Aceste proprietăți îi fac ideali pentru a fi utilizați ca adezivi comutabili care se pot adapta la diferite suprafețe.

< În testarea lor, cercetătorii au folosit un polimer cu memorie de formă numit epoxid E44, un plastic rigid și asemănător sticlei la temperatura camerei, materialul se transformă într-o stare moale asemănătoare cauciucului care se poate conforma și se poate fixa în colțurile microscopice. și crăpături. Pe măsură ce se răcește, devine sticloasă, creând legături adezive foarte puternice datorită efectului de blocare a formei.

Când materialul este reîncălzit, revine la starea sa cauciucoasă, astfel încât să poată fi scos. și ușor de desprins de suprafața de care se agăța.

Cercetătorii au descoperit că cea mai eficientă aderență a venit din proiectarea polimerului cu memorie a formei într-o serie de fibrile asemănătoare părului. Fiecare fibrilă trebuia proiectată cu atenție – fibrilele mai mari aveau o aderență mai slabă, în timp ce fibrilele mai mici erau greu de fabricat și predispuse la colaps și degradare. Punctul favorabil avea o rază cuprinsă între 0,5 mm și 3 mm, împingând limitele de aderență, păstrând în același timp integritatea structurală.

În experimentele lor, cercetătorii au descoperit că o fibrilă cu o secțiune transversală de 19,6 mm2 ar putea suporta sarcini. până la 1,56 kg. Fiecare fibrilă suplimentară permite suportarea unei greutăți mai mari. O serie de 37 de fibrile de dimensiunea palmei și cântărind aproximativ 30 g poate susține o greutate de 60 kg - greutatea unui om adult.

Primul autor al lucrării de cercetare, cercetătorul NTU, Dr. Linghu Changhong, a spus: „Nostru adezivul inteligent exemplifica modul în care polimerii cu memorie de formă pot menține și chiar îmbunătăți aderența pe măsură ce crește rugozitatea suprafeței. Acest lucru depășește „paradoxul aderenței”, pe care oamenii de știință l-au derutat, în care există o scădere a rezistenței de aderență pe suprafețele rugoase, în ciuda faptului că are o suprafață mai mare. pentru ca moleculele să adere.

„Testele noastre au arătat că rezistența de aderență a polimerului crește împreună cu rugozitatea suprafeței atunci când este în stare solidă și scade atunci când este în stare cauciucoasă”.

Autorul corespondent, profesorul Gao Huajian, fost profesor universitar distins de la Școala MAE a NTU și în prezent profesor de la Universitatea Tsinghua, a spus: „Pentru scopuri practice de prindere, adezivul trebuie să fie suficient de puternic. să se lipească pe o suprafață, dar și să se detașeze cu ușurință atunci când este necesar Comutarea între cele două moduri este vitală pentru aplicații practice. /p>

"Cercetarea noastră asupra polimerilor cu memorie a formei a dus la un adeziv care se poate întări cu ușurință pentru a se lipi pe suprafețe și se poate înmuia la fel de ușor pentru a se detașa, fiind în același timp capabil să suporte greutăți mari, inclusiv pe cea a unui om. fiind.”

Profesorul Hsia a adăugat: „Adezivii polimerici cu memorie de formă pe care i-am proiectat au depășit atât paradoxul aderenței, cât și conflictul de comutare, oferind linii directoare pentru dezvoltarea adezivilor mai puternici și mai comutabili, adaptabili la suprafețele aspre.”

Detașarea polimerului cu memorie de formă în timp ce acesta este atașat pe o suprafață în stare de sticlă durează mai puțin de un minut de încălzire folosind un uscător de păr pentru a aduce temperaturile până la 60°C. În schimb, pentru atașare, este nevoie de aproximativ trei minute pentru ca materialul să se răcească complet și să se blocheze în poziție.

Temperatura la care polimerul își schimbă starea poate fi controlată prin ajustarea raporturilor componentelor utilizate pentru formare. polimerul. Acest lucru permite polimerului să fie utilizat în medii extreme, cum ar fi condițiile de vreme caldă. În testarea lor, cercetătorii au stabilit temperatura la care polimerul se desprinde la 60°C, o temperatură care se încadrează în afara celor mai confortabile condiții din lumea reală.

Această capacitate a materialului de a se atașa și de a detașa folosind doar căldură. îi permite să acționeze ca un superglue reutilizabil care nu lasă în urmă reziduuri lipicioase pe pereți. De asemenea, poate fi folosit ca prindere moi, capabile să se lipească de obiecte cu diferite texturi de suprafață și să le țină în mod fiabil pentru perioade îndelungate.

Dr. Changhong a spus: „În această etapă actuală, timpii de încălzire și răcire, precum și temperatura de comutare, limitează numărul de cazuri de utilizare în lumea reală. Cu toate acestea, constatările noastre arată că reducerea timpilor de așteptare la doar câteva secunde este posibilă, iar comutarea temperaturile pot fi scăzute până aproape de temperatura corpului, deschizând dramatic posibilitățile de aplicare.

„Stimulii de a comuta materialul de la o stare la alta pot fi, de asemenea, diferiți, cum ar fi utilizarea curentului electric sau a luminii în schimb.”

În continuare, echipa de cercetare își propune să reducă timpul de răcire necesar pentru aderență. De asemenea, roboții pot fi echipați cu materialul pentru a crea roboți pentru cățărare pe pereți, care sunt utili în multe industrii, cum ar fi construcțiile și topografia clădirilor.

(Fluierul)

Inapoi