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表面和界面

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静电有助于壁虎抓紧

09 Jul 2014
壁虎的抓地力依赖于接触带电吗?

某些壁虎具有令人称奇的能力,可以缩放光滑的墙壁并紧贴天花板,其主要原因可能是接触带电。那是加拿大滑铁卢大学的研究人员声称,他们对蜥蜴之间的静电相互作用进行了新的研究。’脚和两个不同的表面。他们的结论与传统思维相反,传统思维将壁虎脚的粘性归因于范德华力。

许多壁虎展现出的非凡的攀爬能力来自于他们特别适应的脚趾垫。每个护垫都覆盖有一层微观的,类似头发的结构– or setae –切成小铲形的尖端。太小了,尖端可能靠近壁虎行走的表面,形成紧密的接触。每种Seta只会产生很小的吸引力,但它们共同产生的粘合力约为10 N为每只脚的N,这使壁虎可以单根脚悬吊在天花板上。放手不是问题,因为粘合效果是定向的,可以通过简单地重新定位壁虎的脚来使其脱离。

根据传统理论,吸引力是范德华相互作用的结果。这些是弱偶极子–由于电子浓度的变化,在相邻原子和分子之间起作用的偶极力。

交换电荷

在他们的新研究中 亚历山大·彭利迪斯(Alexander Penlidis) 和同事们研究了接触带电如何促进壁虎的粘附。当两种材料接触并交换电荷时,会发生这种效果。结果是在一种材料上产生净负电荷,而在另一种材料上产生正电荷,这会在两种材料之间产生吸引力。

为了测试这些相互作用是否有助于壁虎的粘附能力,研究人员测量了壁虎脚趾垫被粘在两个绝缘聚合物表面上时产生的电荷和粘附力– one of Teflon AF和聚二甲基硅氧烷之一。在两种情况下,在接触时,壁虎’脚趾垫带正电,表面带负电。此外,粘附强度与所产生的静电荷的大小相关。尽管产生范德华力的潜力较小,但特氟隆 可以看出,AF具有比其他基材强得多的粘合力。研究人员说,这表明接触带电在壁虎的粘附中起主要作用。

仍紧贴着电离空气

该发现可能会推翻80 多年的传统观点认为,壁虎的粘附不涉及静电相互作用。 Penlidis及其同事认为,这种解雇可以追溯到1934年德国科学家Wolf-Dietrich Dellit描述的实验。电离空气–这将消除静电相互作用–被吹向紧贴金属表面的壁虎,对它的挂起能力没有影响。 Penlidis和同事解释说Dellit’s的观察结果与他们的结论一致,因为seta与底物之间的接触非常紧密,以至于空气中的离子化分子将无法进入两者之间以抵消相互作用。

虽然接触器电气化可以在壁虎中扮演重要角色’能否缩放光滑的墙壁,尚不清楚该力是否对较粗糙的表面有帮助。“[研究]清楚地显示了静电力如何在增强壁虎的附着力方面发挥额外的作用,这是以前从未考虑过的一个方面,” says 邓肯·艾希克(Duncan Irschick)是马萨诸塞大学的生物学家,他正在开发一种基于壁虎脚的合成的,可重复使用的粘合剂。 Irschick问题, “这些力是否与壁虎已经进化为使用的自然表面有关,例如叶子,树木等”.

2002年 凯拉秋天 刘易斯&俄勒冈州的克拉克学院是第一个观察壁虎脚上范德华相互作用的人。在评论这项最新研究时,他说“这是一个新颖而重要的发现,表明静电力可能有助于壁虎在某些表面(如特氟龙)上的粘附。”但是,Autumn不认为静电力是主要因素,指出该结论不受研究结果的支持。“此外,使用整只动物而不是孤立的刚毛,并且仅使用一个力轴进行测量,结果难以解释,” he adds.

该研究描述于 皇家学会接口杂志.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者