Вы когда-нибудь наклеивали скотч на стену неровно? Наверняка. И вы в курсе, что второй раз его уже не приклеить с тем же усилием прижима (а ещё хуже, когда он не отрывается без повреждений покрытия). Адгезия, то есть сила сцепления скотча может быть большой, но в основном она необратима.
Помимо внутренней отделки интерьеров, прочная, обратимая адгезия может быть использована во множестве других областей - многоразовые конверты, устройства для перемещения по стенам, промышленные манипуляторы, например, в сборочных цехах, и многое, многое другое.
Такую адгезию пытались сделать учёные в течение многих лет, но это им не удавалось, несмотря на то, что в природе есть живой пример - всем знакомые улитки.
Эпифрагма этих животных - слизистый влажный слой, который может затвердевать, чтобы защитить тело от сухости. Она позволяет улитке "цементировать" себя на какой-то поверхности в течение длительного периода времени, и затем успешно размягчается. Это делает её идеальной моделью адгезии, которая может быть включена и выключена по мере необходимости.
В новом исследовании американские и корейские учёные демонстрируют сильный обратимый клей, который использует те же механизмы, что и природный прообраз - улитки.
Копирование естественных моделей - перспективное и эффективное направление современной науки и инженерии, насекомоподобные роботы уже давно успешно выполняют свои задачи. Обратили своё внимание исследователи и на клейкие природные вещества. Первоначально их заинтересовали гекконы, которые могут висеть на одной лапе, применяя обратимую адгезию. Но сила сцепления у них довольно низкая, ведь само существо весит всего 50 граммов.
Но однажды произошёл прорыв, когда учёные работали с другим материалом - гидрогелем из полимера под названием полигидроксиэтилметакрилат (PHEMA) и заметил его необычные адгезионные свойства. PHEMA мягкий во влажном состоянии, и становится жёстким при высыхании. Это качество сделало идеальным его применение в качестве клея.
Когда PHEMA влажный, он проникает во все неровности поверхности, от больших канавок на коре дерева до микроскопических трещин кажущейся гладкой стены. Такой конформный контакт позволяет веществу прилипать к двум поверхностям, склеивая их. Это похоже на детские игрушки в виде мягких мячиков, которые липнут к стенам.
Но как вы понимаете, одной способности проникать в неровности недостаточно для того, чтобы получился хороший клей. Полигидроксиэтилметакрилат уникален тем, что при высыхании он не теряет объём, гидрогель становится жестким, как пластик и при этом не сжимается, как все другие вещества. Материал затвердевает в полостях, надежно закрепляясь на поверхности.
Эти свойства делают РНЕМА первым кандидатом на обратимую, сильную адгезию, со свойствами эпифрагмы улитки. В солнечный день она застывает, приклеивая улитку к любой поверхности, на которой та остановилась. Ночью, когда воздух становится влажным, эпифрагма размягчается, позволяя животному свободно двигаться.
Полученное учёными вещество в 89 раз сильнее, чем сцепление геккона. Однако намочив его, можно легко отсоединить склеиваемые предметы. Кроме того, гидрогель не теряет свою сильную адгезию при масштабировании, что даёт колоссальные возможности его применения.
Чтобы продемонстрировать, насколько прочен РНЕМА, один из учёных повисел на ремне, удерживаемом их клеем, при пятне контакта размером всего лишь с почтовую марку! Материал легко выдержал вес человеческого тела. В настоящее время это самый сильный кандидат для обратимой адгезии.
Такой клей может принципиально изменить технологические процессы, где применяется склеивание. Ошибка больше не будет вести к разрушениям, ведь достаточно намочить клей...
Однако необходимость применения воды и высокая влажность автоматически ограничивают возможность применения таких материалов, не везде это доступно и позволительно. Мы ведь не хотим, чтобы автомобиль развалился при дожде :)
Хотя PHEMA стал первым материалом с обратимой адгезией, скорее всего он будет отправной точкой к получению новых веществ. Учёные ищут другие варианты "застывания" - на свету, при нагревании, электрическим током или химическими реактивами. Это значительно расширит область применения таких клеевых составов.
_________________________________________________________________
Подписывайтесь на Только Свежие Новости Науки :)