Ученые создали клейкий материал для многократного использования на основе принципа жуков-листоедов: они могут переключаться с помощью короткого электрического импульса между клейким и неклейким состояниями и выдерживать огромные нагрузки, сообщается в статье исследователей.
Разработка Майкла Вогеля (Michael Vogel) и Пола Стина (Paul Steen) из Корнельского университета в США может найти самое широкое применение в технике для создания различных устройств: от электронных дверных замков до приспособлений, позволяющих людям специальных профессий передвигаться по отвесным поверхностям и стенам.
Разработка клейких (адгезионных) материалов многократного применения ведется уже не первый год, поскольку использование для этих целей полимеров однократного использования экономически и экологически не оправдано. Кроме того, материалы однократного применения могут быть использованы только очень ограниченно. Исследователи уже демонстрировали материалы, созданные на основе принципов, используемых ящерицей гекконом, лапы которой покрыты огромным количеством тончайших волосков, пристающих к поверхности за счет слабого межмолекулярного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия.
В своей работе корнельские ученые применили принцип прикрепления к поверхности, также позаимствованный у природы, а именно у жуков-листоедов. Эти жуки, согласно наблюдениям натуралистов, прикрепляясь к поверхности листьев, способны выдерживать нагрузку в десятки раз превышающую их собственный вес, с тем, чтоб не упасть с листа. В основе механизма такого прочного сцепления с поверхностью лежит использование множества мельчайших капелек жидкости, которые просачиваются сквозь поры на лапках жука и формируют большое количество так называемых "жидкостных мостиков", удерживающих насекомое на поверхности с помощью силы поверхностного натяжения жидкости.
Разработка ученых представляет собой "сэндвич" из трех пластин, нижняя из которых служит резервуаром для жидкости, средняя - это мембрана с множеством мелких отверстий, накрытая сплошной верхней пластиной. Ученые показали, что при коротком однократном приложении к средней пластине электрического напряжения природное явление, называемое электроосмосом, заставляет жидкость просачиваться сквозь поры в мембране и формировать жидкостные мостики между мембраной и верхней пластиной. Если теперь прикрепить верхнюю пластину к какой-либо горизонтальной поверхности, она сможет удерживать не только всю конструкцию, но и грузы, прикрепленные к нижней пластине. Для того, чтобы "выключить" устройство, нужно всего лишь вновь приложить к мембране короткий импульс электрического напряжения обратной полярности. В этом случае капельки жидкости мигрируют сквозь поры обратно в резервуар, разрывая сцепляющие пластины жидкостные мостики.
В своих экспериментах, где в качестве жидкости использовалось минеральное масло, а размер пор мембраны составлял 150-300 микрон, ученым удалось добиться силы сцепления десять грамм на сантиметр. Подбирая иные сцепляющие жидкости и уменьшая размер пор до 0,1 микрона, ученые надеются в реальных устройствах, работающих по такому принципу, добиться силы сцепления 13 килограмм на квадратный сантиметр.
"Пока нам удалось создать только опытный образец, однако, скорее всего, в течение пяти лет, мы доведем разработанную нами технологию до коммерческого применения в адгезионных материалах многократного применения с управляемыми свойствами", - сказал Стин.
Разработка Майкла Вогеля (Michael Vogel) и Пола Стина (Paul Steen) из Корнельского университета в США может найти самое широкое применение в технике для создания различных устройств: от электронных дверных замков до приспособлений, позволяющих людям специальных профессий передвигаться по отвесным поверхностям и стенам.
Разработка клейких (адгезионных) материалов многократного применения ведется уже не первый год, поскольку использование для этих целей полимеров однократного использования экономически и экологически не оправдано. Кроме того, материалы однократного применения могут быть использованы только очень ограниченно. Исследователи уже демонстрировали материалы, созданные на основе принципов, используемых ящерицей гекконом, лапы которой покрыты огромным количеством тончайших волосков, пристающих к поверхности за счет слабого межмолекулярного Ван-дер-Ваальсового взаимодействия.
В своей работе корнельские ученые применили принцип прикрепления к поверхности, также позаимствованный у природы, а именно у жуков-листоедов. Эти жуки, согласно наблюдениям натуралистов, прикрепляясь к поверхности листьев, способны выдерживать нагрузку в десятки раз превышающую их собственный вес, с тем, чтоб не упасть с листа. В основе механизма такого прочного сцепления с поверхностью лежит использование множества мельчайших капелек жидкости, которые просачиваются сквозь поры на лапках жука и формируют большое количество так называемых "жидкостных мостиков", удерживающих насекомое на поверхности с помощью силы поверхностного натяжения жидкости.
Разработка ученых представляет собой "сэндвич" из трех пластин, нижняя из которых служит резервуаром для жидкости, средняя - это мембрана с множеством мелких отверстий, накрытая сплошной верхней пластиной. Ученые показали, что при коротком однократном приложении к средней пластине электрического напряжения природное явление, называемое электроосмосом, заставляет жидкость просачиваться сквозь поры в мембране и формировать жидкостные мостики между мембраной и верхней пластиной. Если теперь прикрепить верхнюю пластину к какой-либо горизонтальной поверхности, она сможет удерживать не только всю конструкцию, но и грузы, прикрепленные к нижней пластине. Для того, чтобы "выключить" устройство, нужно всего лишь вновь приложить к мембране короткий импульс электрического напряжения обратной полярности. В этом случае капельки жидкости мигрируют сквозь поры обратно в резервуар, разрывая сцепляющие пластины жидкостные мостики.
В своих экспериментах, где в качестве жидкости использовалось минеральное масло, а размер пор мембраны составлял 150-300 микрон, ученым удалось добиться силы сцепления десять грамм на сантиметр. Подбирая иные сцепляющие жидкости и уменьшая размер пор до 0,1 микрона, ученые надеются в реальных устройствах, работающих по такому принципу, добиться силы сцепления 13 килограмм на квадратный сантиметр.
"Пока нам удалось создать только опытный образец, однако, скорее всего, в течение пяти лет, мы доведем разработанную нами технологию до коммерческого применения в адгезионных материалах многократного применения с управляемыми свойствами", - сказал Стин.