Pneus adhérents à la route. Chaussures antidérapantes empêchant les chutes. Une main prenant un stylo. Un gecko escaladant un mur.

Toutes ces choses dépendent d'une surface molle adhérant et se libérant d'une surface dure, une interaction commune mais incomplètement comprise. Nouvelle recherche publiée dans Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) trouve le chaînon manquant entre l'adhérence de la surface molle et la rugosité de la surface dure qu'elle touche. Le papier, "Lier la perte d'énergie dans l'adhérence douce à la rugosité de surface, " (DOI:10.1073/pnas.1913126116) a été publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences et a été co-écrit par Siddhesh Dalvi, Abhijeet Gujrati, Subarna R. Khanal, Lars Pastewka, Ali Dhinojwala, et Tevis D.B. Jacobs.

Dr Jacobs, professeur adjoint de génie mécanique et de science des matériaux à la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh, et le Dr Dhinojwala, doyen intérimaire et H.A. Professeur Morton de science des polymères au Collège des sciences des polymères et de l'ingénierie des polymères de l'Université d'Akron, ont utilisé des mesures microscopiques in situ de la taille des contacts pour découvrir la physique fondamentale de la façon dont la rugosité affecte l'adhérence des matériaux mous.

"Un gecko courant le long d'un mur vertical est un excellent exemple de la façon dont la nature a développé une solution pour coller aux surfaces rugueuses, " dit Dhinojwala. " La clé pour obtenir cette adhérence sur une surface rugueuse est le contact moléculaire. Le matériau souple peut se conformer aux surfaces rugueuses et créer le contact moléculaire nécessaire pour bien coller. Nous avons besoin d'une compréhension fondamentale des paramètres qui contrôlent l'adhérence aux surfaces rugueuses et de la physique sous-jacente."

Il y a deux parties différentes du processus :ce qui se passe lorsque vous chargez le contact et ce qui se passe lorsque vous le séparez.

Des théories antérieures ont proposé comment la rugosité affecte la première moitié du processus, mais n'offrent aucun aperçu de la seconde moitié. Ce problème est appelé "hystérésis d'adhérence, " ce qui signifie que le contact avec la surface molle se comporte différemment lorsqu'il rencontre la surface rugueuse plutôt que lorsqu'il est retiré. Une façon de penser à l'hystérésis d'adhérence est de penser à une petite balle en caoutchouc. Appuyer la balle contre une surface dure élargit la zone de contact ; lâcher prise fera à nouveau rétrécir la zone, mais pas de façon prévisible, manière symétrique. Cette découverte marque le premier modèle d'adhérence rugueuse qui peut prédire les deux.

La clé de cette découverte fondamentale est un examen attentif de la surface rugueuse elle-même - très, très proche.

« Les gens mesurent la rugosité depuis cent ans, mais les techniques conventionnelles ne peuvent pas voir le petit détail, " dit Jacobs. " Nous avons zoomé, combinant plusieurs techniques, pour mesurer la rugosité sur la rugosité sur la rugosité. La texture descend à l'échelle atomique pour de nombreuses surfaces."

Le groupe a développé une nouvelle approche utilisant un microscope électronique pour mesurer la rugosité jusqu'à une échelle inférieure au nanomètre. L'une des surfaces de cette étude est apparue beaucoup plus lisse que deux autres lorsqu'elle est mesurée à l'aide de techniques conventionnelles; cependant, mesuré à l'échelle atomique, il s'est avéré être le plus rude de tous. Cette rugosité à petite échelle a créé beaucoup plus de surface pour le matériau souple à saisir. La compréhension détaillée de la surface rugueuse était le chaînon manquant qui expliquait le comportement d'adhérence prédit des surfaces.

"Notre recherche a répondu à une question importante, mais dans un autre sens, il a ouvert une nouvelle piste d'enquête, " dit Jacobs. " Il y a beaucoup de questions intéressantes sur ce que cela signifie vraiment pour les surfaces d'être " en contact " et comment lier ce qui se passe à l'échelle atomique à ce que nous observons en taille réelle, contacts du monde réel. Et nous sommes ravis de continuer à y répondre."