211service.com
Nanotape collante
Pendant des années, les scientifiques des matériaux ont essayé de rattraper les geckos. Les adhésifs qui, comme les pieds de gecko, sont secs, puissants, réutilisables et autonettoyants pourraient aider les robots à escalader les murs ou à maintenir ensemble les composants électriques, même dans les conditions difficiles de l'espace. Mais il a été difficile de concevoir des adhésifs solides qui peuvent être à nouveau soulevés. Aujourd'hui, des chercheurs ont mis au point un adhésif composé de nanotubes de carbone dont la structure imite étroitement celle des pieds de gecko. Il est 10 fois plus adhésif que les pattes des lézards et, comme l'adhésif naturel, il est facile à remonter. Et il fonctionne sur une variété de surfaces, y compris le verre et le papier de verre.
Ruban gecko : Des réseaux de nanotubes de carbone avec une section alignée verticalement (en bas à gauche) et une couche supérieure ramifiée et enchevêtrée (en bas à droite) imitent les structures des pieds de gecko mais sont 10 fois plus adhésifs.
Développé par un groupe dirigé par Dai de chaulage , professeur de génie des matériaux à l'Université de Dayton, et Zhong Wang , directeur du Center for Nanostructure Characterization de Georgia Tech, l'adhésif n'est pas le premier fabriqué à partir de nanotubes de carbone. Cependant, il est beaucoup plus résistant que les précédents adhésifs à base de nanotubes. Sa structure ramifiée imite plus fidèlement les structures des pieds de gecko, qui sont recouverts de millions de poils microscopiques qui se ramifient en de nombreux poils plus petits, dont chacun a une faible interaction électrique avec une surface. Ces nombreuses interactions faibles s'ajoutent à une forte adhérence sur la zone du pied. Auparavant, les chercheurs ont montré que des réseaux de nanotubes de carbone alignés verticalement ont des interactions similaires avec une surface.
Les gens ont essayé d'imiter les structures des geckos, mais ce n'est pas facile, dit Dai. À l'aide d'un substrat de silicium, lui et son groupe ont développé des réseaux de nanotubes de carbone alignés verticalement surmontés d'une couche non alignée de nanotubes, comme des rangées d'arbres avec des sommets ramifiés. La force d'adhérence de ces réseaux de nanotubes est d'environ 100 newtons par centimètre carré, ce qui est suffisant pour qu'un carré de quatre sur quatre millimètres du matériau puisse contenir un manuel de 1 480 grammes. Et ses propriétés adhésives étaient les mêmes lorsqu'elles étaient testées sur des surfaces très différentes, y compris des plaques de verre, des films polymères et du papier de verre rugueux.
Un avantage de cet adhésif par rapport aux autres est que sa résistance dépend fortement de la direction. Lorsqu'il est tiré dans une direction parallèle à sa surface, il est très fort. C'est parce que les nanotubes ramifiés s'alignent, explique Dai. Mais lorsqu'il est tiré avec peu de force, comme on décollerait un morceau de scotch, les nanotubes perdent le contact un à un.
Multimédia
Regardez la bande en action.
Plus la force d'adhérence est élevée, mieux c'est, dit Ali Dhinojwala , professeur de science des polymères à l'Université d'Akron. Cependant, explique Dhinojwala, qui travaille également sur les adhésifs à nanotubes de carbone, nous devons également résoudre d'autres problèmes avant qu'ils ne soient commercialement viables. Les robots grimpeurs auront besoin d'adhésifs qui fonctionnent encore et encore sans s'user ni se boucher avec de la saleté. Nous voulons qu'un robot fasse plus de 50 pas dans un environnement sale, explique Dhinojwala. Personne n'a fait la démonstration d'adhésifs puissants inspirés du gecko capables de le faire. Et les adhésifs à nanotubes devront être cultivés sur des substrats différents de ceux utilisés jusqu'à présent. Les nanotubes de carbone sont faciles à cultiver sur des plaquettes de silicium ; créer de grandes surfaces d'adhésif ne serait pas un problème. Mais nous n'allons pas coller des plaquettes de silicium aux pieds des robots, dit Dhinojwala.
Dai dit que la polyvalence des nanotubes de carbone peut aider à surmonter le problème de la saleté. Ces structures peuvent être facilement fonctionnalisées avec des protéines et d'autres polymères. Dai développe des réseaux de nanotubes adhésifs recouverts de protéines qui changent de forme en réponse aux changements de température. Un robot pourrait avoir des pieds qui chauffent lorsqu'ils sont obstrués, éliminant la saleté pour qu'il puisse continuer à marcher.
D'autres applications de l'adhésif peuvent mieux tirer parti des propriétés des nanotubes de carbone que la robotique. Les nanotubes de carbone sont très conducteurs d'électricité et ont des propriétés thermiques prometteuses, note Dai. Les adhésifs à nanotubes créés pour remplacer la soudure pour maintenir ensemble les composants électroniques pourraient également servir de dissipateurs thermiques. D'autres adhésifs inspirés du gecko faits de polymères ne peuvent pas résister à des températures élevées, dit Metin Sitti , qui dirige le laboratoire de nanorobotique de Carnegie Mellon. Les engins spatiaux utilisant des adhésifs à nanotubes au lieu de polymères pourraient se rendre dans des zones plus chaudes.