Inte ens geckos och spindlar kan sitta upp och ner för alltid. Nanofysiken ser till det. Det har mekanikforskare vid Linköpings universitet visat i en nyss publicerad artikel Fysisk granskning E . Kunskaper som kan vara till stor industriell nytta.

Geckos och spindlar som verkar kunna sitta stilla för alltid, och gå runt upp och ner har fascinerat forskare världen över i många år. Vi kommer snart att kunna köpa nya smarta fästen som håller på samma sätt som geckos fot. Men faktum är, förr eller senare tappas greppet, oavsett hur lite kraft som verkar på den. Stefan Lindström och Lars Johansson, forskare vid avdelningen för mekanik, Linköpings universitet, tillsammans med Nils Karlsson, nyutexaminerad ingenjör, har visat detta i en artikel som just publicerats i Fysisk granskning E .

Fortfarande, det är ett fenomen som kan ha avsevärda fördelar, till exempel vid framställning av grafen. Grafen består bara av ett lager av atomer, och som lätt måste lossas från underlaget.

I sitt examensarbete vid avdelningen för mekanik, Nils Karlsson studerade både mekaniken i geckos ben samt vidhäftningen av dess fot till underlaget. Geckos fot har fem tår, alla med tvärgående lameller. Ett svepelektronmikroskop visar att dessa lameller består av ett antal små hårliknande setae, var och en med en liten film i slutet, som liknar en liten spatel. Dessa spatlar, ungefär 10 nm tjock, är det som fäster på underlaget.

"På nanonivå, förhållandena är lite olika. Molekylernas rörelse är försumbar i vår makroskopiska värld, men det finns inte i nanovärlden. Nils Karlssons examensprojekt föreslog att värme, och följaktligen rörelsen av molekylerna, har en effekt på vidhäftningen av dessa spatlar. Vi ville göra ytterligare analyser, och räkna ut vad som faktiskt händer, " förklarar Stefan Lindström.

De förfinade beräkningarna, så de applicerades på en tunn film i kontakt med en ojämn yta. Så, filmen kommer endast i kontakt med de översta delarna av den ojämna ytan. Forskarna valde också att begränsa beräkningarna till den typ av svaga krafter som finns mellan alla atomer och molekyler – van der Waals krafter.

"Det är sant, de är små, men de finns alltid där och vi vet att de är extremt beroende av avstånd, säger Lars Johansson.

Detta innebär att kraften är mycket starkare där filmen är mycket nära en enda höjdpunkt, än när det är ganska nära ett antal höjdpunkter. Sedan, när filmen lossnar, det gör det punkt för punkt. Detta beror på att båda kontaktytorna rör sig – vibrerar. Det här är små rörelser, men i något skede är rörelserna synkroniserade, så att ytorna faktiskt tappar kontakten. Då är van der Waals-kraften så liten att filmen släpper.

"Så i verkligheten, vi kan ta bort en tunn film från substratet helt enkelt genom att vänta på rätt ögonblick. Detta kräver inte mycket kraft. Den del av filmen som finns kvar på substratet vibrerar konstant, och ju hårdare jag drar på den här delen, desto snabbare lossnar filmen. Men hur lång tid det tar för filmen att lossna beror också på substratets struktur och filmens styvhet, säger Stefan Lindström.

I praktiken betyder detta att även en liten kraft under en lång period kommer att orsaka filmen, eller för den delen geckos fot, att tappa greppet. Vilket är bra för gecko, vem kan skjuta iväg, men kanske inte så bra för ett fästsystem. Ändå – i rätt applikation, denna kunskap kan vara till stor industriell nytta.