Uus Struktuur On Välja Töötatud Siledate Ja Struktureeritud Pindade Jaoks

2023 Autor: Hannah Pearcy | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-08-25 03:37

Tehniliste rakenduste ülesehitus on tavaliselt välja töötatud konkreetselt konkreetse eesmärgi saavutamiseks ja see ei sobi erinevate aluspindadega. Võtke näiteks rehvid: suverehvid on kõige paremini haarduvad kuivadel, soojadel teedel, talverehvid aga pehmest kummist segust ega sobi seetõttu sooja, vaid külmemate temperatuuride jaoks.

Loodus seevastu saab seda teha erinevalt: putukajalad saavad hakkama nii kareda kui ka libeda pinnaga. Nende avastuste põhjal on Kieli Christian Albrechtsi ülikooli interdistsiplinaarne uurimisrühm välja töötanud kunstliku hõõrdesüsteemi, mis töötab erinevatel pindadel.

Pildigalerii

5 pildiga pildigalerii

Putukate jalgade eripära

Toitu otsides peavad putukad sageli hakkama saama nii karedate kui ka siledate ja libedate pindadega. Näiteks konksukujulised küünised või jalas olevad kleepuvad karvad annavad neile kindla hoidmise. Näiteks rohutirtsu jalgu iseloomustavad väikesed, padjataolised lisandid. Ühelt poolt on need padjad kaetud kummitaolise kilega, mis tagab liimipinnaga hea kontakti. Teisest küljest koosnevad need seestpoolt eriti stabiilsetest kiududest, mis võivad edastada suurt jõudu. Sellise kiudustruktuuri kordamine oleks aga tööstuslikuks kasutamiseks liiga aeganõudev ja kallis.

Uurimisrühm töötab välja struktuuri, mis kohandub kerge surve all peaaegu iga pinnaga. Nende kombinatsioon pehmest silikoonist kattega, mis on täidetud peeneteraliste graanulitega, loob stabiilse hoidmise. Lihtne tootmine võimaldab ka tööstuslikku kasutamist, kirjutab uurimisrühm ajakirja Advanced Materials Interface praeguses numbris.

Kaks materjali omadust ühes lahuses

Kindlaks hoidmiseks on vaja head kontaktpinda ja stabiilset jõuülekannet. "Erinevatele pindadele kleepimiseks tuleks vahetada - tegelikult vastuolu - pehmete ja tahkete materjalide käitumise vahel," selgitab CAU funktsionaalse morfoloogia ja biomehaanika professor Stanislav Gorb. Kui pehme materjali seisund võimaldab pinnaga suure kontaktpinna, võimaldab kindel tingimus suure jõuülekande. Koos oma meeskonnaga otsis biooniline insener viisi kahe materjali omaduste vahetamiseks. Lisaks peaks lahendus olema lihtne ja odav, nii et seda saaks kasutada ka tehniliseks otstarbeks.

Kieli uurimisrühm on nüüd suutnud näidata graanulite, st graanulite massi korral rohutirtsu jalgadel olevate patjadega sarnast mõju. Selleks kasutasid nad nn "segamise ülemineku" põhimõtet. "Võite seda ette kujutada nagu kohvipakki: kohvipulber surutakse tihedalt kokku surudes ja see moodustab tiheda massi, tahke nagu kivi. Kui pakend avatakse, langeb pulber lahti ja käitub seega väga erinevalt, peaaegu nagu vedelik,”kirjeldab Halvor Tramsen koos Lars Heepega, kes on üks kahest uurimisrühma füüsikust.

Kõigil katsealadel on suured hõõrdejõud

Nad ümbritsesid graanulid elastse membraankattega ja katsid oma "graanulipadja" tugevust siledatel, struktureeritud ja määrdunud pindadel. Tänu pehmele kattele sobib padi suurepäraselt erinevatele pindadele. Seejärel avaldasid teadlased padjale survet, mis paksendas sees olevad terad ja tahkestas kogu padja. See tugevus ja suur kontaktpind pinnaga tekitavad suuri hõõrdejõude, mis tähendab, et polstrit ei saa enam liigutada. See saavutab palju parema haardumise kõigi kolme tüüpi katsepindadega kui puhas silikoonkumm või vedelikuga täidetud padi.

Kieli töörühma teoreetilise füüsiku ja Georg Forsteri teadurist professor Aleksandr Filippovi väljatöötatud mudel näitab, kuidas graanulipadja hõõrdejõu maksimeerimise põhimõte töötab ka teistel aluspindadel. Tema arvutused võimaldavad testida ka graanulite ja membraani koostoimet muude materjalide ja osakeste suuruse osas.

CFRP komponendid

Kui haute couture tikand kohtub bioonikaga

"Oma prototüübis kasutasime korpuse jaoks venitatavat silikooni ja - tegelikult - täitsime selle kuivatatud kohvipaksuga," selgitab Gorb. Osakeste suuruse ja kareda kuju tõttu satuvad need osakesed väga hõlpsalt vahele ja eriti hästi mängib "segamise ülemineku" mõju, st pehmete ja tahkete materjalide omaduste muutumist. Põhimõtteliselt on täiesti mõeldav kasutada kuivatatud kohvipaksu ringlussevõtu mõttes ka tööstuses. Lõppude lõpuks on jääk hõlpsasti kättesaadav, saastevaba ja odav, ütles Gorb. Muude materjalide ja substraatide uurimine on juba kavandatud.