211service.com
Lezecké stěny s uhlíkovými nanotrubičkami
Výzkumníci vyvinuli pásku na bázi uhlíkových nanotrubiček, která by se mohla ukázat jako užitečná pro vytváření robotů, kteří šplhají po stěnách, a speciálních lepicích rukavic pro astronauty. Na rozdíl od běžné pásky, která časem ztratí svou lepivost, tento nový materiál drží jako permanentní lepidlo, ale lze jej odstranit a znovu použít. Může se také přilepit na širokou škálu materiálů, včetně skla a teflonu.
Vědci napodobili chloupky na gekoních chodidlech (spodní obrázek) pěstováním uhlíkových nanotrubic ve svazcích.
Tento materiál, který výzkumníci nazvali páskou pro gekony, funguje tak, že napodobuje nano- a mikrostruktury na nohou gekonů, které jim umožňují rychle zmenšovat stěny a přebíhat po stropech. Páska je opakovaně použitelná a nevysychá ani neklouže ze zdi, protože na rozdíl od běžné pásky nepoužívá viskoelastická lepidla. Místo toho využívá uhlíkové nanotrubice k využití mikroměřítek van der Waalsových sil, které se vyskytují ve velmi krátkých vzdálenostech mezi povrchy. Svazky nanotrubiček se přizpůsobují nejmenším mikroskopickým variacím na povrchu stejným způsobem, jakým jim svazky nanoskopických keratinových vláken, které tvoří chloupky na gekončích nohách, umožňují přizpůsobit se stěnám.
Stejně jako běžná páska, páska gekona silně přilne, když je tažena rovnoběžně s povrchem; dokáže unést něco pod 10 liber na centimetr čtvereční. Pásku lze ale poměrně snadno odlepit, když ji vytáhnete kolmo k povrchu.
Jak rostla kontrola materiálů v nanoměřítku, rostl i počet skupin vyvíjejících verze geckopásek. Ale nová páska, kterou vyrobili vědci z University of Akron a Rensselaer Polytechnic Institute (RPI), je mnohem pevnější než tyto verze a je schopna unést čtyřikrát větší váhu na plochu než nohy gekona. Jiní vědci se v minulosti pokoušeli použít uhlíkové nanotrubice, částečně proto, že jsou velmi pevné a vydrží mnohem vyšší teploty než plast, a proto by byly užitečné ve více aplikacích. Ale tyto nanotrubice byly příliš tuhé na to, aby byly praktické, říká Manoj Chaudhury , profesor chemického inženýrství na Lehigh University, který na podobných projektech pracoval. Výzkumníci Akron a RPI tedy upravili nanotrubice využitím skutečnosti, že je lze chemicky pěstovat tak, aby měly různý počet stěn. Výzkumníci našli rovnováhu mezi příliš mnoha stěnami, které činí nanotrubice příliš tuhými, a příliš malým počtem, což je činí slabými, říká Chaudhury.
Multimédia
Podívejte se na prezentaci o technologii.
Aby byla páska ještě pevnější při zachování pružnosti, vzali vědci hrot od gekonů. Vypěstovali nanotrubice v odlišných svazcích, podobně jako svazky vláken, které tvoří chlupy na gekoních nohou. Nanotrubičky se vyrábějí vystavením katalyzátorů uhlovodíkovým surovinám: postupně se na katalyzátorech hromadí uhlík ve výrazném atomovém uspořádání, které tvoří trubky. Výzkumníci pěstovali nanotrubice ve svazcích ukládáním materiálu katalyzátoru do vzoru samostatných čtverců. Poté přenesli tyto svazky nanotrubiček na pružný plast, aby vytvořili pásku.
Pásku lze ještě vylepšit mnoha způsoby. Právě teď je zapotřebí značného tlaku, aby se dosáhlo dobrého kontaktu mezi nanotrubičkami a povrchem, říká Metin Sitti , profesor strojního inženýrství na Carnegie Mellon University, který vyvíjí podobné materiály. Chaudhury říká, že nakonec by bylo hezké mít materiál, který se lepí s malým nebo žádným tlakem, zejména pro použití s roboty šplhajícími po stěnách. Ali Dhinojwala , profesor vědy o polymerech na univerzitě v Akronu, který vedl práci, říká, že připojovací tlak by se mohl snížit tím, že uděláte věci, jako je změkčení podkladu pásky.
Vědci chtějí pásku také zpevnit. Právě teď, když je taženo rovnoběžně s povrchem, páska se neuvolní proto, že se uhlíkové nanotrubice odlepí od povrchu, ale protože se nanotrubičky samy zlomí. Vědci v současné době pracují na řadě způsobů, jak posílit nanotrubice, aby využili této silné adheze. Pracují také na tom, aby byla páska znovu použitelná tisíckrát, spíše než desítkykrát, kolikrát je nyní možné použít. K dosažení tohoto cíle bude Dhinojwala a jeho tým muset pásku zajistit samočisticí, jako nohy gekona.
Aby bylo možné pásku komercializovat, výzkumníci budou muset také vyrobit větší záplaty pásky. Dosud vyrobili pouze kusy pásky, které jsou mnohem menší než desetník.