Plus l'objet est petit, surtout au niveau atomique ou subatomique, l'étranger qu'il se comporte. Par exemple, à mesure que les appareils technologiques deviennent de plus en plus petits, les pièces encore plus petites sont plus sujettes à l'adhérence ou au "collage". Lorsque des pièces de petite taille entrent en contact, ils collent spontanément ensemble et ne peuvent pas être facilement séparés. Cependant, des recherches récentes à l'Université de Pittsburgh pourraient « décoller » le problème et améliorer la prochaine génération de micro-dispositifs de plus en plus utilisés dans la vie quotidienne.

"Les surfaces ont tendance à s'attirer via des interactions électroniques ou chimiques, " dit Tevis Jacobs, professeur adjoint de génie mécanique et de science des matériaux à la Pitt's Swanson School of Engineering. « Cela est particulièrement problématique lorsque les choses deviennent petites. Vous pouvez le voir lorsque vous moudez du café. Les grains entiers ne collent pas au côté du moulin, mais une fine mouture s'attachera à tout, surtout par temps sec."

Le Dr Jacobs est le chercheur principal de l'étude « Comprendre et exploiter l'effet de la rugosité à l'échelle nanométrique sur l'adhérence à l'échelle macroscopique, " qui a reçu 305 $, 123 de la National Science Foundation (NSF) pour mesurer la rugosité de surface et caractériser la relation fondamentale entre l'adhérence et la rugosité aux petites tailles. Le Dr Jacobs et son équipe détermineront quand les objets minuscules préfèrent se coller les uns aux autres.

"L'une des raisons pour lesquelles les petites pièces collent plus facilement que les grandes pièces est le rapport surface/volume, " dit le Dr Jacobs. " Pour les grandes pièces, il y a beaucoup de volume par rapport à la surface, donc l'adhérence est relativement faible par rapport aux forces du corps, comme la gravité. Lorsque les pièces deviennent petites, les forces de surface deviennent plus grandes par rapport aux forces du corps et les pièces se colleront spontanément."

Pour de nombreux matériaux d'ingénierie, augmenter la rugosité de la surface d'un objet rendra moins probable que les petites pièces se collent les unes aux autres. La raison générale pour laquelle la rugosité réduit l'adhérence est bien connue.

"Imaginez un cube avec des côtés d'un pouce assis sur une table. Si les surfaces sont parfaitement planes, puis il entrera en contact avec la table sur une surface d'un pouce carré, " explique le Dr Jacobs. " Si vous meulez la surface avec du papier de verre et la remettez sur la table, la rugosité empêchera un contact étroit dans certaines zones. En réalité, le cube peut n'être pris en charge que par un petit nombre de points de contact. La "vraie zone de contact" peut être 1000 fois plus petite qu'un pouce carré."

L'équipe de recherche Pitt développe et teste des modèles analytiques et numériques pour pouvoir faire des prédictions quantitatives Jacobs Alt Adhesion Int de l'adhérence entre des surfaces rugueuses. Ce travail guidera également les ingénieurs dans la modification intentionnelle de la rugosité pour atteindre le niveau d'adhérence souhaité.

Une meilleure compréhension de la façon de réduire l'adhérence dans les petites tailles aura probablement le plus grand impact sur les microdispositifs, qui sont couramment utilisés dans l'électronique grand public, dispositifs biomédicaux, l'industrie des semi-conducteurs, et les applications de défense. La recherche est également applicable aux nouvelles techniques de fabrication mises au point pour créer ces microdispositifs, permettant aux fabricants d'éviter les problèmes d'adhérence.

"Un exemple classique d'adhérence causant un problème est le Digital Micromirror Device de Texas Instruments, " dit le Dr Jacobs. " Ce projecteur, comme celui utilisé dans les auditoriums, implique une série de dispositifs microélectroniques qui déplacent de minuscules miroirs pour faire fonctionner le projecteur. Le produit s'est presque complètement défait par adhérence dans les dispositifs microélectroniques. Ils resteraient coincés dans une position spécifique et seraient incapables de bouger, résultant en un « pixel bloqué » sur l'écran."

Les chercheurs de Pitt ne comprennent pas seulement la rugosité de surface et son effet sur l'adhérence de surface, ils développent également des méthodes pour modifier les microdispositifs pour atteindre un niveau d'adhérence souhaité.

"Il existe de nombreux modèles différents décrivant la rugosité et l'adhérence, mais aucun n'est bien vérifié expérimentalement, " dit le Dr Jacobs. " Nous utilisons de toutes nouvelles techniques pour mesurer la rugosité, expérimenter différents types de rugosité, et de mesurer l'adhérence résultante. Notre objectif est de tester les modèles d'adhérence et de rugosité existants et d'établir de nouveaux modèles plus quantitatifs et prédictifs."

En 2015, Le Dr Jacobs a reçu une subvention de la NSF pour observer et mesurer la structure de surface atomique des nanomatériaux à l'aide de la microscopie électronique. Cette nouvelle étude s'appuie sur ses recherches antérieures et utilisera une combinaison de microscopie électronique à transmission pour caractériser les écailles de surface non mesurées auparavant et un testeur micromécanique personnalisé pour mesurer l'adhérence de surface.