Материаловедение

Направленно-адгезивные материалы

Направленно-адгезивными называются такие материалы, которые способны прочно сцепляться с твердой опорой посредством Ван-Дер-Ваальсовой силы благодаря наличию на их поверхности множества мельчайших волокон, обеспечивающих значительное увеличение удельной площади контакта с опорой при скольжении по ней по мере увеличения контактирующей массы.

Данное свойство направленно-адгезивных материалов известно как «эффект лапок геккона». Геккон – ящерица, длиной 10-20 см, которой не доставляет никакого труда зафиксировать своё положение тела, находясь на вертикальной стене, или с легкостью перемещаться по потолку в любом направлении. Рассмотрение поверхности лапок геккона под микроскопом показывает, что виртуозность его передвижений объясняется законами молекулярной физики. Лапка ящерицы содержит огромное число мельчайших волосков, уступающих по своему диаметру человеческому волосу в десятки раз (рис. 1).

Лапка геккона при многократном увеличении

Рис. 1. Лапка геккона при многократном увеличении

Кончик такого волоска содержит тысячи мельчайших подушечек микронной длины. Сотни миллионов волосообразных щетинок способны цепляться за микронеровности поверхности, благодаря чему рептилия способна удерживать положение тела и на наклонных, и на вертикальных поверхностях.

Причина прилипания лапок геккона к поверхности объясняется действием ван-дер-ваальсовых сил, которые остаются слабыми до тех пор, пока поверхности не войдут в очень тесный контакт друг с другом. Если бы геккон перемещался за счет только трения, то упал бы с отвесной поверхности или с потолка, но с помощью направленной адгезии геккон способен остановить падение, так как ее механизм не требует приложения перпендикулярной к поверхности силы.

Направленно-адгезивные материалы, имитирующие структуру и свойства лапок геккона, применяются в качестве средства фиксации положения разнообразных устройств.

Направленно адгезивный материал разработан, используя микроволокна на основе жесткого полипропилена. Они получены в процессе отливки и обладают диаметром в 600 нм, в сто раз меньшим, чем диаметр человеческого волоса Подобно волоскам на лапках геккона, искусственные волокна прилипают только тогда, когда проскальзывают небольшое расстояние вдоль поверхности.

Материал можно назвать примером «умного адгезива», который становится сильнее при увеличении нагрузки – при увеличении дополнительного веса материал удлиняется, и большее количество нановолокон принимает на себя нагрузку. При ее снятии микроволокна отделяются от поверхности, что приводит к контролируемому присоединению и отлипанию материала. Другое его преимущество заключается в том, что испозованный жесткий полимер собирает сравнительно немного пыли при циклическом использовании.

До настоящего времени новый адгезивный материал работает только на гладких и чистых поверхностях. Набор полученных волокон прилипает к стеклянной поверхности, однако будущие версии материала будут способны к прилипанию к различным поверхностям, что позволит использовать их в медицинском оборудовании, при производстве спортивных товаров и лазающих роботов.

Поверхность направленно-адгезивного материала

Рис. 2. Поверхность направленно-адгезивного материала

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *