Нано лента

Нанолента , также называемая лентой геккона ; продаваемая под названием Insanity Tape , представляет собой синтетическую клейкую ленту, состоящую из массивов углеродных нанотрубок, перенесенных на основу из гибкой полимерной ленты. Эти массивы называются синтетическими щетинками и имитируют наноструктуры, обнаруженные на пальцах ног геккона ; это пример биомимикрии . Адгезия , которые представляют собой слабые электрические силы , достигается не с помощью химических клеев , а с помощью сил Ван-дер-Ваальса возникающие между двумя атомами или молекулами, находящимися очень близко друг к другу. На данный момент существует мало доказательств того, что нанолента подлежит вторичной переработке так же, как пластиковые бутылки, но ее можно использовать повторно. Чтобы узнать, насколько экологически безопасна нанолента, необходимо больше данных. ^[1]^[2]

Объяснение

Гекконы демонстрируют замечательную способность взбираться по гладким вертикальным поверхностям на высоких скоростях, демонстрируя как сильное прикрепление, так и легкое и быстрое отсоединение или сдвиговое сцепление своих ног. ^[3]

На лапке геккона эластичные волоски микрометрового размера, называемые щетинками, разделены на структуры нанометрового размера, называемые лопаточками . Сдвиговая адгезия достигается за счет образования и разрушения сил Ван-дер-Ваальса между этими микроскопическими структурами и подложкой. ^[4]

Наноленты имитируют эти структуры с помощью пучков углеродных нанотрубок, которые имитируют щетинки, и отдельных нанотрубок, которые имитируют шпатели, для достижения макроскопической сдвиговой адгезии и перевода слабых взаимодействий Ван-дер-Ваальса в высокие силы сдвига. Сдвиговая адгезия позволяет легко снять ленту, подобно тому, как геккон поднимает ногу. Поскольку массивы углеродных нанотрубок не оставляют следов на подложке, ленту можно использовать многократно. ^[5]

История

Нанолента — одна из первых разработок синтетических щетинок , возникшая в результате сотрудничества Манчестерского центра мезонауки и нанотехнологий и Института технологий микроэлектроники в России. Работа началась в 2001 году, а два года спустя результаты были опубликованы в журнале Nature Materials . ^[6]

Группа подготовила гибкие волокна из полиимида в виде синтетических структур щетинок на поверхности 5 мкм пленки из того же материала толщиной с помощью электронно-лучевой литографии и сухого травления в кислородной плазме . Волокна имели длину 2 мкм, диаметр около 500 нм и периодичность 1,6 мкм и занимали площадь около 1 см. ² (см. рисунок слева). Первоначально в качестве подложки команда использовала кремниевую пластину , но обнаружила, что адгезионная способность ленты увеличивается почти в 1000 раз, если использовать мягкую связующую подложку, например скотч. Это связано с тем, что гибкий субстрат дает гораздо большее соотношение количества щетинок, контактирующих с поверхностью, к общему числу щетинок. ^{[ нужна ссылка ]}

Результат этой «ленты геккона» был проверен путем прикрепления образца к руке пластиковой фигурки Человека-паука высотой 15 см и весом 40 г, что позволило ей приклеиться к стеклянному потолку, как показано на рисунке. Лента, имевшая площадь контакта около 0,5 квадратных сантиметров (50 мм). ²) со стеклом смог нести груз весом более 100 граммов (3,5 унции). Однако коэффициент адгезии составил всего 0,06, что мало по сравнению с настоящими гекконами (8~16). ^{[ нужна ссылка ]}

Коммерческое использование

Коммерческая нанолента обычно продается в виде двусторонней ленты , которую можно использовать для подвешивания легких предметов, таких как картины и декоративные предметы, на гладкие стены без проделывания в ней отверстий. Используя сверхвыровненные углеродные нанотрубки, некоторые наноленты могут оставаться липкими при экстремальных температурах. ^[2]

Галерея

Геккон карабкается по стеклянной поверхности
Близкий вид на ногу геккона
Микро- и наноизображение пальца ноги геккона
Микровид наноленты ^[6]
« Испытание Человека-Паука » из наноленты ^[6]

Ссылки

^ Бурзакархив, Кэтрин (9 октября 2008 г.). «Липкая нанолента» . Обзор технологий Массачусетского технологического института .
^ Перейти обратно: ^а ^б Новости Нановерка (10 июля 2019 г.). «Лента из углеродных нанотрубок остается липкой при экстремальных температурах» . Информационный бюллетень Nanowerk . Американское химическое общество.
^ Осень, Келлар (1 января 2006 г.). «Как прилипают пальцы гекконов» . Американский учёный . 94 (2): 124. дои : 10.1511/2006.58.124 .
^ Осень, Келлар; Гравиш, Ник (13 мая 2008 г.). «Адгезия гекконов: эволюционная нанотехнология» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 366 (1870): 1575–1590. Бибкод : 2008RSPTA.366.1575A . дои : 10.1098/rsta.2007.2173 . ПМИД 18192170 . S2CID 16412336 .
^ Ге, Лиехуэй; Сетхи, Санни; Ци, Лицзе; Аджаян, Пуликель М.; Дхиноджвала, Али (26 июня 2007 г.). «Синтетические ленты геккона на основе углеродных нанотрубок» . Труды Национальной академии наук . 104 (26): 10792–10795. Бибкод : 2007PNAS..10410792G . дои : 10.1073/pnas.0703505104 . ПМК 1904109 . ПМИД 17578915 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Гейм А.К. , Дубонос С.В., Григорьева И.В., Новоселов К.С. , Жуков А.А. и Шаповал С.Ю. (2003), «Микрофабрикатный клей, имитирующий волосы на лапах геккона», Nature Materials , т.2, стр.461–3.

[1] Бурзакархив, Кэтрин (9 октября 2008 г.). «Липкая нанолента» . Обзор технологий Массачусетского технологического института .

[nanowerk-2] Перейти обратно: ^а ^б Новости Нановерка (10 июля 2019 г.). «Лента из углеродных нанотрубок остается липкой при экстремальных температурах» . Информационный бюллетень Nanowerk . Американское химическое общество.

[bu-3] Осень, Келлар (1 января 2006 г.). «Как прилипают пальцы гекконов» . Американский учёный . 94 (2): 124. дои : 10.1511/2006.58.124 .

[Autumn-4] Осень, Келлар; Гравиш, Ник (13 мая 2008 г.). «Адгезия гекконов: эволюционная нанотехнология» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 366 (1870): 1575–1590. Бибкод : 2008RSPTA.366.1575A . дои : 10.1098/rsta.2007.2173 . ПМИД 18192170 . S2CID 16412336 .

[5] Ге, Лиехуэй; Сетхи, Санни; Ци, Лицзе; Аджаян, Пуликель М.; Дхиноджвала, Али (26 июня 2007 г.). «Синтетические ленты геккона на основе углеродных нанотрубок» . Труды Национальной академии наук . 104 (26): 10792–10795. Бибкод : 2007PNAS..10410792G . дои : 10.1073/pnas.0703505104 . ПМК 1904109 . ПМИД 17578915 .

[ex1-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Гейм А.К. , Дубонос С.В., Григорьева И.В., Новоселов К.С. , Жуков А.А. и Шаповал С.Ю. (2003), «Микрофабрикатный клей, имитирующий волосы на лапах геккона», Nature Materials , т.2, стр.461–3.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]