stringtranslate.com

Нанолента

Нанолента, имеющаяся в продаже.
Нанолента, используемая для подвешивания предметов домашнего обихода.

Нанолента , также называемая лентой геккона ; продается под названием Insanity Tape , представляет собой синтетическую клейкую ленту, состоящую из массивов углеродных нанотрубок, перенесенных на подложку из гибкой полимерной ленты. Эти массивы называются синтетическими щетинками и имитируют наноструктуры, обнаруженные на пальцах ног геккона ; это пример биомимикрии . Адгезия достигается не с помощью химических клеев , а с помощью сил Ван-дер-Ваальса , которые представляют собой слабые электрические силы, возникающие между двумя атомами или молекулами, которые находятся очень близко друг к другу. Пока что мало доказательств того, что наноленту можно перерабатывать так же, как пластиковые бутылки, но ее можно использовать повторно. Необходимо больше данных, чтобы узнать, насколько экологически безопасна нанолента. [1] [2]

Объяснение

Гекконы демонстрируют замечательную способность взбираться по гладким вертикальным поверхностям на высокой скорости, демонстрируя как прочное прикрепление, так и легкое быстрое отсоединение, или адгезию со сдвигом , своих ног. [3]

На лапке геккона эластичные волоски микрометрового размера, называемые щетинками, разделены на структуры нанометрового размера, называемые шпателями . Сдвиговая адгезия достигается путем формирования и разрыва сил Ван-дер-Ваальса между этими микроскопическими структурами и субстратом. [4]

Наноленты имитируют эти структуры с пучками углеродных нанотрубок, которые имитируют щетинки, и отдельными нанотрубками, которые имитируют шпатели, для достижения макроскопической адгезии сдвига и перевода слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий в высокие сдвиговые силы. Сдвиговая адгезия позволяет легко отрывать ленту, подобно тому, как геккон поднимает свою лапку. Поскольку массивы углеродных нанотрубок не оставляют следов на подложке, ленту можно использовать многократно. [5]

История

Нанолента — одна из первых разработок синтетических щетинок , которая возникла в результате сотрудничества между Манчестерским центром мезонауки и нанотехнологий и Институтом микроэлектронных технологий в России. Работа началась в 2001 году, а два года спустя результаты были опубликованы в журнале Nature Materials . [6]

Группа подготовила гибкие волокна полиимида в качестве синтетических структур щетинок на поверхности пленки толщиной 5  мкм из того же материала с помощью электронно-лучевой литографии и сухого травления в кислородной плазме . Волокна были длиной 2 мкм, диаметром около 500 нм и периодичностью 1,6 мкм и покрывали площадь примерно 1 см 2 (см. рисунок слева). Первоначально команда использовала кремниевую пластину в качестве подложки, но обнаружила, что адгезионная способность ленты увеличивалась почти в 1000 раз, если они использовали мягкую связующую подложку, такую ​​как скотч. Это связано с тем, что гибкая подложка дает гораздо более высокое соотношение числа щетинок, контактирующих с поверхностью, к общему числу щетинок. [ необходима цитата ]

Результат этой «ленты геккона» был протестирован путем прикрепления образца к руке пластиковой фигурки Человека-паука высотой 15 см и весом 40 г, что позволило ей прилипнуть к стеклянному потолку, как показано на рисунке. Лента, которая имела площадь контакта со стеклом около 0,5 квадратных сантиметров (50 мм 2 ), могла выдерживать нагрузку более 100 граммов (3,5 унции). Однако коэффициент адгезии составил всего 0,06, что является низким показателем по сравнению с настоящими гекконами (8~16). [ необходима цитата ]

Коммерческое использование

Коммерческая нанолента обычно продается как двусторонняя лента , которая полезна для подвешивания легких предметов, таких как картины и декоративные элементы, на гладкие стены без проделывания отверстий в стене. Используя сверхвыровненные углеродные нанотрубки, некоторые наноленты могут оставаться липкими при экстремальных температурах. [2]

Галерея

Ссылки

  1. ^ Bourzacarchive, Кэтрин (2008-10-09). «Липкая нанолента». MIT Technology Review .
  2. ^ ab Nanowerk News (2019-07-10). "Лента из углеродных нанотрубок остается липкой при экстремальных температурах". Информационный бюллетень Nanowerk . Американское химическое общество.
  3. ↑ Autumn, Kellar (2006-01-01). «Как прилипают пальцы геккона». American Scientist . 94 (2): 124. doi :10.1511/2006.58.124.
  4. ^ Autumn, Kellar; Gravish, Nick (2008-05-13). «Адгезия гекконов: эволюционная нанотехнология». Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 366 (1870): 1575–1590. Bibcode : 2008RSPTA.366.1575A. doi : 10.1098/rsta.2007.2173. PMID  18192170. S2CID  16412336.
  5. ^ Ge, Liehui; Sethi, Sunny; Ci, Lijie; Ajayan, Pulickel M.; Dhinojwala, Ali (2007-06-26). "Синтетические ленты геккона на основе углеродных нанотрубок". Труды Национальной академии наук . 104 (26): 10792–10795. Bibcode : 2007PNAS..10410792G. doi : 10.1073 /pnas.0703505104 . PMC 1904109. PMID  17578915. 
  6. ^ abc Гейм, AK , Дубонос, SV, Григорьева, IV, Новоселов, KS , Жуков, AA и Шаповал, SY (2003), "Микроизготовленный клей, имитирующий волосы на лапках геккона", Nature Materials , т.2, стр.461–3