Oct 10 2008
The race for the best "gecko foot" dry adhesive got a new competitor this week with a stronger and more practical material reported in the journal Science by a team of researchers from four U.S. institutions.
为这项研究生长的垂直对齐的多壁碳纳米管的扫描电子显微镜图像。
长期以来，科学家一直对壁虎蜥蜴的能力刺伤墙壁并紧贴着天花板的能力。这些生物欠其脚趾上的显微镜支弹毛发的惊人能力，它利用原子尺度的吸引力来抓住表面并支持令人惊讶的重载。几个研究小组试图用聚合物或碳纳米管制成的结构模仿那些头发。
在10月10日的科学上发表的论文中，代顿大学的研究人员，亚博老虎机网登录Georgia Institute of Technology，空军研究实验室和阿克伦大学（University of Akron）描述了一种改进的基于碳纳米管的材料，该材料首次创建了定向变化的（各向异性）粘合力。具有前一张记录的几乎三倍，比真正的壁虎要比抵抗垂直剪切力要好十倍，而新的碳纳米管阵列可以使人工壁虎脚能够紧紧抓住垂直表面，同时在需要时轻松抬起垂直表面。
除了能够在墙壁上行走的能力之外，该材料还可以具有许多技术应用，包括连接电子设备以及在空间干燥真空中替代传统粘合剂。这项研究是由俄亥俄州代顿附近的赖特 - 帕特森空军基地的国家科学基金会和美国空军研究实验室赞助的亚博老虎机网登录。
"The resistance to shear force keeps the nanotube adhesive attached very strongly to the vertical surface, but you can still remove it from the surface by pulling away from the surface in a normal direction," explained Liming Dai, the Wright Brothers Institute Endowed Chair in the School of Engineering at the University of Dayton. "This directional difference in the adhesion force is a significant improvement that could help make this material useful as a transient adhesive."
佐治亚理工学院材料科学与工程学院的摄政学院教授张·林（Zhong Lin Wang）说，新材料的关键是使用合理设计的多壁碳纳米管，形成“卷曲的顶部”。亚博网站下载亚博老虎机网登录与意大利面条或葡萄藤丛林相比，王的顶部模仿了真实壁虎脚的分层结构，其中包括不同直径的分支头发。
当按下垂直表面时，纳米管的纠结部分与表面接触时会对齐。这大大增加了纳米管与表面之间的接触量，从而最大程度地提高了在原子尺度上发生的范德华力。王解释说，当沿平行于纳米管主体的方向抬起表面时，只有尖端保持接触，从而最大程度地减少吸引力。
他指出：“接触表面积非常重要。”“当您沿着线路接触时，您的范德华力将沿纳米管的整个长度作用，但是当您具有点接触时，范德华力量仅在纳米管的尖端上起作用。这使我们能够真正真正模仿壁虎的自然作用。”
在对各种表面进行的测试（包括玻璃，聚合物板，特氟龙甚至粗砂纸）中，研究人员在剪切方向上测量了每平方厘米100厘米的粘合力。在正常方向上，粘合力为每平方厘米10个纽顿 - 与真实的壁虎大致相同。
剪切的电阻随纳米管的长度而增加，而对正常力的电阻与管长无关。
Though the material might seem most appropriate for use by Spider-Man, the real applications may be less glamorous. Because carbon nanotubes conduct heat and electrical current, the dry adhesive arrays could be used to connect electronic devices.
"Thermal management is a real problem today in electronics, and if you could use a nanotube dry adhesive, you could simply apply the devices and allow van der Waals forces to hold them together," Wang noted. "That would eliminate the heat required for soldering."
另一个应用程序可能是用于长期在空间中工作的粘合剂。戴说：“在太空中，有一种真空和传统的粘合剂干燥。”“但是纳米管干粘合剂不会被太空环境所困扰。”
此外，研究小组还包括代顿大学的Liangti Qu，来自空军研究实验室的Morley Stone和Akron大学的Zhenhai Xia。
Qu是Liming Dai实验室的研究助理，在硅晶片上使用低压化学蒸气沉积工艺生长了纳米管阵列。在垂直对齐的多壁纳米管的热解生长期间，初始部分朝随机的方向生长，并形成了盘绕和纠缠的纳米管的顶层。该层有助于增加可用于接触表面的纳米管区域。
Qu指出，样品纯度是确保碳纳米管干粘合剂浓缩粘附的另一个关键因素。
对于未来，研究人员希望了解更多有关表面相互作用的信息，以便他们进一步增加粘合力。他们还希望研究粘合剂的长期耐用性，在每种附着的情况下，少量测试变得更强大。
他们还可以确定需要多少粘合剂来支撑穿着紧身裤和红色面罩的人。
戴说：“由于表面可能不均匀，因此较大斑块产生的粘合力可能不会随大小线性增加。”“我们仍然需要了解纳米管与不同表面之间的接触。”