
幕後文章是與國家科學基金會合作提供給生活方面的。
材料科學家她是dhinojar將近二十年前來到美國,獲得了博士學位,這是在印度的化學工程教育的基礎上,並留下了自己的工廠和業務。他說:“我在一個商業家庭中長大,所以這是一個明顯的職業選擇。” “我很快意識到工廠缺少研究組成部分,所以我來到美國獲得了這一知識,因為當時印度的研究生培訓尚未發達。”就他的職業生涯而言,儘管他仍然拜訪家人,但他再也沒有回頭。 2002年,Dhinojwala參加會議時,他首先了解了壁虎蜥蜴的特殊腳趾結構。現在,Dhinojwala和他的同事們在壁虎風格的工程領域中取得了突破。到這十年的初期,科學家已經試圖開發出受壁虎腳啟發的合成粘合劑,這是充分理由的。與膠水和其他粘稠的膠粘劑不同,壁虎粘附沒有殘留物,不會隨著時間的流逝而降解,並且奇怪的是,壁虎的腳是自動清潔的(稍後再說)。壁虎的粘附在垂直表面的能力(即使在天花板上倒置)是由於其腳趾的特殊等級結構。腳趾上覆蓋著稱為剛毛的微觀頭髮,這些毛髮進一步分成數百個稱為刮鏟的較小結構,每米只有百萬分之一。憑藉其專門的腳,壁虎的牽引力如此之強,可容納其重量的100倍以上。 “不涉及膠水,” Dhinojwala說。取而代之的是,牽引力是由稱為范德華力的物理特性引起的,這是一種瞬態吸引力,可以從分子尺度上從原子到原子發生。當壁虎將腳放在牆上並捲曲腳趾時,微小的刮刀變得如此靠近牆壁表面的角落和縫隙,以至於它們的原子與牆壁的原子相互作用,從而使范德瓦爾斯力量發揮作用。為了擰緊或鬆開其握力,壁虎捲曲和脫落腳趾,重複每秒15次以上的過程。
2002年會議上顯示的壁虎腳結構的一張高度放大的照片提醒了Dhinojwala,他看到了一張朋友在他的實驗室中成長的一些碳納米管結構。當他比較了兩張照片時,他意識到納米管可能是模仿體操壁虎的腳墊的理想材料。 Dhinojwala及其阿克倫大學的團隊去開發植根於柔性聚合物零件的納米管柱。研究人員將納米管種植在類似玻璃的矽底座上,然後將其轉移到塑料樣的聚合物中,以提供天然壁虎腳柔軟的墊子中固有的柔韌性。聚合物是俗氣的,因此當乾燥時,它容納了固定納米管的矽底座。 Dhinojwala和他的團隊使用該技術開發了膠帶,該膠帶比壁虎的腳好四倍,並繼續完善該技術以優化粘合力。例如,雖然固體柱或納米管的擴展“地毯”產生較弱的磁帶,但研究人員表明,單個納米管在不同色譜柱中的排列可實現最大的強度,而“棋盤”貼片證明了特別有效的貼片。這樣的斑塊可以剝離並反複使用而不會削弱。研究人員在NSF材料研究部聚合物計劃的贈款的支持下,於2007年6月26日宣布了他們的最新發現。國家科學院論文集。儘管該技術仍處於起步階段,但Dhinojwala仍然看到了許多應用。當前的家用錄像帶提供了良好的粘合劑特性,但它們的粘性最終會掉落,膠帶脫落。合成壁虎膠帶將提供永久的附件。在軍方中,Dhinojwala看到了機器人腳上必須協商粗糙表面或牆壁等障礙物的機器人腳上的明顯位置。工業應用可能包括微電子的領域,計算機板上的組件需要焊接才能保持在一起。使用合成的壁虎膠帶,可以在沒有熱量的情況下將組件粘在一起,從而節省能量,更便宜,更輕的塑料材料可以替代金屬。目前正在審查的另一篇論文描述了最近開發的合成膠帶具有自我清潔特性。 Dhinojwala說:“一旦壁虎在泥土或灰塵中行走,它只需要兩到三個步驟就可以重新獲得50%的粘性能力。” “一旦污垢或灰塵塗在表面上,當今可用的粘合劑材料都失去了粘性。我們試圖更好地理解這種特徵,以便我們可以將其實施到合成材料中。”
編者註: 這項研究得到了國家科學基金會的支持(NSF),聯邦機構負責在科學和工程領域的所有領域資助基礎研究和教育。看到幕後檔案。