stringtranslate.com

Нанолента

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

Нанолента , также называемая лентой геккона (продается под названиями Insanity Tape или Alien 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. Чтобы узнать, насколько экологически безопасна нанолента, необходимы дополнительные данные. [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 помощью пучков углеродных нанотрубок, которые имитируют щетинки, и отдельных нанотрубок, 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 так же, 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