Les poils fins sur la plante des pieds des geckos permettent aux lézards de grimper facilement sur les surfaces verticales. Des chercheurs en polymères d'UA ont découvert une colle synthétique (nanotubes de carbone) avec près de quatre fois le pouvoir d'adhérence des poils de gecko. Maintenant, les scientifiques révèlent pourquoi la version mimique offre sa remarquable endurance.
Peu de temps après le Dr Ali Dhinajwala, président du département des sciences des polymères de l'Université d'Akron, dévoilé le secret (bien, poils collants) derrière la remarquable adhérence des pieds de gecko, lui et ses collègues chercheurs ont mis au point une réplique synthétique :les nanotubes de carbone. Maintenant, cinq ans après cette découverte initiale, la base du succès de ces nanotubes est publiée dans le 12 octobre, 2010, numéro de l'American Chemical Society Lettres nano .
Si l'histoire des nanotubes est une histoire de succès, tous les nanotubes de carbone ne sont pas égaux, ni la performance d'adhérence individuelle de chaque brin, selon Dhinojwala. Bien que Dhinojwala et Liehui Ge, étudiant diplômé en sciences des polymères de l'UA, aient déterminé que ces cheveux de carbone de 8 nanomètres de diamètre - chacun 2, 000 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain - adhèrent fortement au verre et aux substrats similaires, ils ont approfondi leurs recherches pour savoir pourquoi certains brins ont une adhérence plus ferme que d'autres.
Maîtriser l'adhérence
Les découvertes des scientifiques de l'UA, en collaboration avec Lijie Ci et Anubha Goyal, des chercheurs du Département de génie mécanique et de science des matériaux de l'Université Rice; Rachel Shi, Stagiaire UA Research Experience for Undergraduates (REU); et L. Mahadevan, professeur de mathématiques appliquées et professeur de biologie biologique et évolutive à l'Université Harvard, révèlent que plus le nanotube est mou, plus son adhérence est grande.
En utilisant une combinaison de mécanique, résistance électrique et microscopie électronique à balayage (MEB) pour étudier le contact entre les cheveux d'un grand nombre de nanotubes de carbone alignés verticalement avec des substrats de verre ou de silicium, les chercheurs ont découvert que les nanotubes mous s'accrochent et se courbent lorsqu'une pression est appliquée, contribuant à leur adhérence.
« Nous avons découvert que le diamètre des tubes est un paramètre important pour l'adhérence car nous devons équilibrer l'adhérence et la rigidité en flexion des tubes, ", dit Gé. « Aussi, si vous appliquez une pression élevée, les tubes se plient et se déforment et font une plus grande surface de contact avec la surface, ce qui est la raison d'une adhérence plus élevée.
La colle sèche, contrairement aux homologues à colle liquide, promet une utilisation réussie dans des conditions atmosphériques et de température extrêmes et dans d'autres applications qui présentent des défis.
« Les adhésifs gecko à base de nanotubes de carbone vont ouvrir des opportunités d'utilisation de ces matériaux sur des robots, escalader des murs verticaux, et pourrait en fait être utilisé dans l'espace (condition de vide) car ces matériaux collent sans aucune colle liquide, », dit Dhinojwala.
