Wie erstelle ich Klebstoff so gut wie ein Gecko

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Materialwissenschaftler Ali Dhinojwala kam in die USA vor fast zwei Jahrzehnten einen Ph. d., aufbauend auf eine chemische Technik-Ausbildung in Indien und hinterließ seine eigene Fabrik und Geschäft.

"In einer Unternehmerfamilie aufgewachsen so war es eine offensichtliche Berufswahl," sagte er. "Ich erkannte schnell, dass das Werk eine Forschungskomponente fehlte, so kam ich in die Vereinigten Staaten, dieses Wissen zu erwerben, weil Graduiertenausbildung wurde nicht, wie damals in Indien entwickelt." Und während er noch seine Familie besucht, was seine Karriere angeht, ist er nie bereut.

Im Jahr 2002 lernte Dhinojwala über die spezielle Fuß-Struktur der Gecko Echse wenn er eine Konferenz besucht. Jetzt machen Dhinojwala und seine Kollegen Durchbrüche im wachsenden Bereich der Gecko-inspirierte Technik.

Von der ersten Hälfte dieses Jahrzehnts wollten die Wissenschaftler bereits einen synthetischen Kleber inspiriert der Gecko zu Fuß und mit gutem Grund zu entwickeln. Im Gegensatz zu Klebstoff und andere klebrige Klebstoffe, Gecko Adhäsion hinterlässt keine Rückstände hinter, nicht im Laufe der Zeit verschlechtern, und eine seltsame Wendung ein Gecko-Füße sind selbst Reinigung (mehr dazu später).

Die Gecko-Fähigkeit, an senkrechten Flächen zu halten – sogar kopfüber an der Decke laufen – ist aufgrund der speziellen hierarchische Struktur der Trab. Die Zehen sind bedeckt mit mikroskopisch kleine Haare genannt Seten, in die Hunderte von kleineren Strukturen, so genannte Spatulae, jedes nur Millionstel eines Meters über weiter aufgeteilt. Mit seinen spezialisierten Füßen ist ein Gecko Traktion so stark, dass es mehr als 100-Mal sein Gewicht halten kann.

"Es gibt kein Kleber beteiligt sind," sagte Dhinojwala. Stattdessen ergibt sich die Traktion durch eine physikalische Eigenschaft, bekannt als die Van-Der-Waals-Kraft, eine vorübergehende Attraktion, die von Atom zu Atom auf der Ebene der Moleküle auftreten können.

Wenn ein Gecko seinen Fuß an der Wand setzt und ihre Zehen locken, die winzigen Spatulae kommen so nahe an den Ecken und Ritzen auf der Wandoberfläche, die die Atome von der Wand, bringen die Van-Der-Waals-Kräfte in ihre Atome interagieren spielen. Zum festziehen oder lösen den Griff, der Gecko locken und uncurls seine Zehen, wiederholt den Vorgang mehr als 15 Mal pro Sekunde.

Eine stark vergrößerte Foto von der Gecko-Fuß-Struktur gezeigt auf der Konferenz von 2002 erinnert Dhinojwala eines Fotos, die er gesehen hatte, einige Carbon Nanotube Strukturen, die ein Freund wuchs in seinem Labor. Als er die beiden Bilder in seinem Kopf verglich, erkannte er, dass Nanoröhren ein ideales Material für die Straßenräuber herumturnen begabte Gecko imitieren sein könnte.

Dhinojwala und sein Team von der University of Akron arbeitete entwickelnde Spalten von Nanoröhren, die in flexiblen Polymer Stücke verwurzelt waren. Die Forscher wuchs die Nanoröhren auf einem glasartigen Siliziumwafer Basis und anschließend in ein Kunststoff-Like-Polymer, die Flexibilität in einem natürlichen Gecko Fuß weichen Kissen bieten übertragen. Das Polymer ist klebrig, so wenn es trocknet, hält es die Silizium-Basis, die die Nanoröhren hält.

Dhinojwala und sein Team verwendet die Technik ein Klebebandes zu entwickeln, das Stöcke viermal besser als eines Geckos Fuß und sind weiterhin die Technologie zur Optimierung der Haftfestigkeit zu verfeinern.

Zum Beispiel während der feste Spalten oder eine erweiterte "Teppich" von Nanotubes ergeben schwächere Bänder, die Forscher gezeigt, dass die Anordnung der einzelnen Nanoröhrchen in verschiedene Spalten mit "Schachbrett" Patches bewährt sich vor allem größte Stärke erreicht. Solche Patches können geschält und ohne Schwächen immer wieder verwendet werden.

Die Forscher, unterstützt durch einen Zuschuss aus dem Programm der Polymere von der NSF Division der Materialforschung angekündigt ihre neuesten Erkenntnisse in der 26. Juni 2007, Proceedings der National Academy of Sciences.

Obwohl die Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, sieht Dhinojwala eine Reihe von Anwendungen. Aktuellen Haushalt Bänder bieten gute Hafteigenschaften aber schließlich ihre Klebrigkeit nachlässt und das Band sich löst. Das synthetische Gecko Band böte eine dauerhafte Verbindung. Dhinojwala sieht in das Militär einen wichtiger Ort für die Technologie an den Füßen von Robotern, die rauen Oberflächen oder Hindernisse wie Wände verhandeln müssen. Industrielle Anwendungen zählen Bereich der Mikroelektronik, wo Komponenten auf Computerplatinen Löten erfordern, um zusammen zu bleiben. Mit synthetischen Gecko Tape könnte Komponenten stecken zusammen ohne Hitze, das spart Energie und billiger und leichtere Kunststoff-Materialien konnte das Metall zu ersetzen.

Ein anderes Papier, derzeit im Berichtsjahr, beschreibt eine neu entwickelte synthetische Band mit selbstreinigenden Eigenschaften.

"Sobald ein Gecko in Staub oder Schmutz geht, es nur zwei oder drei Schritten zu 50 Prozent seiner kleben Fähigkeit wiederzuerlangen," sagte Dhinojwala. "Der Haftmaterialien heute verlieren alle ihre Klebrigkeit, wenn Schmutz oder Staub die Oberfläche überzieht. "Wir versuchen, das charakteristische besser zu verstehen, damit wir es in das synthetische Material umsetzen können."

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt von der National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Die hinter den Kulissen Archivsehen.