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这种几乎粘性的材料终于批量生产
发布时间:2020-07-01 15:37:03
摘要:为什么壁虎可以爬上摩天大楼?因为他们的脚趾几乎可以粘在任何东西上。工程师们早就知道壁虎的脚黏性的秘密,并模仿此功能来创建可以抓住和释放物体的橡胶条材料。但是到目前为止,他们还没有实现这种材料的大规模生产并将其投入日常使用。

为什么壁虎可以爬上摩天大楼?因为他们的脚趾几乎可以粘在任何东西上。工程师们早就知道壁虎的脚黏性的秘密,并模仿此功能来创建可以抓住和释放物体的橡胶条材料。但是到目前为止,他们还没有实现这种材料的大规模生产并将其投入日常使用。在壁虎脚的启发下,佐治亚理工学院的研究人员在一项新研究中发表了一种制造粘合材料的方法。该方法比现有方法更经济并且可以大量生产。它可用于制造用于制造和家用的多功能抓手。这种具有壁虎脚附着力的聚合物可用于制造具有广泛用途的抓具。甚至在同一条装配线上生产的抓爪也可以拾取完全不同的物体。它们可以粘在墙上并同时上漆,很容易悬挂物体。具有壁虎附着力的吸尘器机器人有一天可能会爬上高层建筑并清洁外墙。这项研究的首席研究员,佐治亚理工学院的助理教授迈克尔·瓦伦贝格说:“除了特富龙(它具有润滑作用)外,它可以粘在任何东西上。

这在制造中是一个优势,因为我们不必准备不同的东西。 Gecko开发的这种胶粘剂可以提起诸如盒子之类的扁平物体,以及诸如鸡蛋和蔬菜之类的弯曲物体。”目前,装配线抓具(例如磁铁和吸盘)只能在一定范围内提起物体。基于壁虎脚趾表面制成的抓具是干燥的,并且不含胶水或粘胶,可以替代各种抓具或填补其他抓具的缝隙。这种材料的附着力来自几百微米大小的突起,看起来像是短而柔软的壁,它们在材料表面上是平坦的行排列。目前,模塑技术可以通过将原材料倒入模板中,使其混合并反应形成柔性聚合物,然后将其从模具中移除,来生产中等规模的粘合墙,但是这种方法并不方便。 Varenberg说:“成型技术是一项昂贵且耗时的过程。材料脱模时会遇到一些问题,影响粘附表面的质量。”研究人员的新方法是将材料倾倒在光滑的表面上,待聚合物部分固化后,将成排的实验室刀片插入其中。材料将在刀片周围稍微溢出。拔出刀片时,它将留下微米级的间隙,并且这些间隙将被粘合壁包围。这项研究发表在ACS Applied Materials&Interfaces上。尽管新方法比成型技术容易,但其开发过程也花费了一年的时间,包括浸入材料,拉拔成型以及在电子显微镜下重新调整材料的复杂细节。瓦伦贝格说:“有许多参数可以控制:液体的粘度和温度;刮刀退出的时间,速度和距离。我们需要使固化的聚合物具有足够的塑性,以便沿着刮刀壁伸展。同时,刚度不能太高,否则会导致粘合壁撕裂。”所生产的材料在微米乃至纳米级都具有良好的形貌。尽管成型材料通常更准确,但它们不必刻意追求完美。用这种新方法制成的材料可以很好地工作并且坚固耐用。 

“许多研究人员认为,这种模拟壁虎附着力的材料只能在清洁的环境和设备中展示。但是,我们的材料可以在正常的环境中正常工作。它简单耐用,在工业和家庭中都有良好的应用潜力。”瓦伦贝格说,他专注于自然餐桌面对材料并通过模仿它们的优势来制造人造材料。研究人员发现壁虎的脚趾有凹凸感,因此有人认为脚依靠吸力或某种形式的皮肤来抓握并粘住物体。但是电子显微镜显示它的结构像刮刀一样,从这些隆起处伸出数十微米,而呈刷毛状。这些细丝与低至纳米的表面结构完全接触,两个原子之间的弱吸引力将大大重叠,从而形成整体牢固的附着力。工程师们开发了一系列相互覆盖的材料来代替纤毛,从而产生了粘合效果。常见的形状是,材料的表面看起来像几百个微米大小的蘑菇状。另一个类似于上面研究中的材料,其表面表现为成排的短壁结构。瓦伦贝格说:“蘑菇状的材料可以直接粘附在表面上,但是不容易分离,需要施加很大的力。” “壁状材料在使用时只需要很小的剪切力,类似于拖动或轻抓握以产生附着力,但它易于使用且易于与物体分离。” Varenberg等。使用聚苯乙烯硅氧烷(PVS)和聚氨酯(PU)制成U型和V型粘合壁。 PVS制成的V形效果最好,但PU制成的材料适合工业应用。因此,Vanenberg等人正在努力实现使用PU材料制造V型壁虎握把结构。

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