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表面和界面

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物理学家摆脱壁虎’s feat

09 Oct 2008

多年来,科学家们一直在尝试— and failed —设计能够使机器人模仿壁虎的材料’缩放墙壁,窗户和其他任何表面的能力。现在,来自美国的一个团队开发了一种纳米管材料,它不仅适合壁虎脚,而且可以匹配10 times more adhesive.

看着壁虎脚足够近,您会看到有序的森林状结构—大约有一百五十万根细毛,每根都发芽成数百个甚至更细的铲形尖端。当这些尖端与表面紧密接触时,它们会产生强大的范德华力,从而使脚固定—也就是说,直到壁虎决定将其剥离。

过去,科学家曾尝试通过制造聚合物支柱阵列来复制这种头发结构,但这些支柱只能承受三分之一的壁虎。’的粘附力。虽然 纳米管 事实证明,纳米管更好,很难复制壁虎毛发的细腻尖端结构,使纳米管达到理论极限。

卡在你身上

美国队由 王忠林 佐治亚理工学院的工程师通过乙炔的化学气相沉积制成了一种看起来至少与壁虎脚相似的结构–hydrogen–硅衬底上的氩气。通过在基材上引入铁催化剂并控制沉积的温度和持续时间,研究小组最终获得了带有螺旋状,模糊尖端的垂直纳米管阵列。

在玻璃,砂纸和塑料的测试中,Wang及其同事发现,它们的纳米管材料表现出约100的粘合力。 Ncm–2,几乎比壁虎脚大一个数量级(科学 322 238)。足够4 × 4 mm垫的材料悬挂1.5 公斤精装书。“在以后的工作中,用聚合物,蛋白质等修饰纳米管的表面,我们应该能够使粘性纳米管粘在各种各样的表面上,”团队成员之一的戴黎明(Liming Dai)告诉 physicsworld.com.

英国谢菲尔德大学的物理学家Mark Geoghegan认为美国团队的优势’制造技术是它不使用昂贵的光刻—虽然它仍然不便宜。“一包20张超强碳纳米管便签纸每张的价格可能超过1000美元,” he jokes.

正常拉出

王和同事的更根本优势’材料是它并非在所有方向上都牢固粘合。如果将材料粘贴到墙壁上,它将抵抗强烈的向下拖拉,但是如果将其直接拉开(即沿法线方向),则纳米管可以一张一张地剥离。正是这一特性使壁虎能够从墙壁上悬挂下来,同时还能使脚踩到壁上,以至于到处乱窜。

戴说,他和团队现在正计划优化结构并扩大规模,以便他们能够“Spider-man” gloves.

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