Fina hårstrån på geckofötternas sulor gör att ödlorna enkelt kan klättra på vertikala ytor. UA polymerforskare har upptäckt ett syntetiskt lim (kolnanorör) med nästan fyra gånger så hög vidhäftningsförmåga som geckohår. Nu avslöjar forskarna varför den mimiska versionen erbjuder sin anmärkningsvärda uthållighet.
Inte långt efter Dr. Ali Dhinojwala, ordförande för University of Akron Department of Polymer Science, avskalade hemligheten (bra, klängiga hår) bakom den anmärkningsvärda vidhäftningen av geckofötter, han och andra forskare kom på en syntetisk kopia:kolnanorör. Nu, fem år efter den första upptäckten, grunden för framgången för dessa nanorör publiceras den 12 oktober, 2010, nummer av American Chemical Society's Nanobokstäver .
Medan berättelsen om nanorör är en framgång, inte alla kolnanorör är lika, inte heller den individuella vidhäftningsprestandan för varje sträng, enligt Dhinojwala. Även om doktoranden Liehui Ge från Dhinojwala och UA polymervetenskap fastställde att dessa kolhår med en diameter på 8 nanometer — vardera 2, 000 gånger mindre än diametern på ett människohår - fäster kraftfullt på glas och liknande substrat, de fortsatte sin forskning för att ta reda på varför vissa trådar har ett fastare grepp än andra.
Att få grepp om vidhäftningen
Resultat av UA-forskarna, i samarbete med Lijie Ci och Anubha Goyal, forskare vid institutionen för maskinteknik och materialvetenskap vid Rice University; Rachel Shi, UA Research Experience for Undergraduates (REU) praktikant; och L. Mahadevan, professor i tillämpad matematik och professor i organism- och evolutionsbiologi vid Harvard University, avslöja att ju mjukare nanorör, desto större vidhäftning.
Med hjälp av en kombination av mekanik, elektriskt motstånd och svepelektronmikroskopi (SEM) för att studera kontakten mellan hårstrån på ett stort antal vertikalt inriktade kolnanorör med glas- eller kiselsubstrat, forskarna fann att mjuka nanorör spänns och kröker sig när tryck appliceras, bidrar till deras vidhäftningsstyrka.
"Vi fick reda på att diametern på rören är en viktig parameter för vidhäftning eftersom vi måste balansera rörens vidhäftning och böjstyvhet, ” säger Ge. "Också, om du applicerar ett högt tryck, rören böjs och bucklas och bildar en större kontaktyta med ytan, vilket är anledningen till högre vidhäftning."
Det torra limmet, till skillnad från motsvarigheter i flytande lim, lovar framgångsrik användning i extrema atmosfäriska och temperaturförhållanden och i andra tillämpningar som innebär utmaningar.
"De kolnanorörsbaserade geckolimmet kommer att öppna upp möjligheter att använda dessa material på robotar, att klättra på vertikala väggar, och skulle faktiskt kunna användas i yttre rymden (vakuumtillstånd) eftersom dessa material fastnar utan något flytande lim, ” säger Dhinojwala.
