Forskere i Tyskland og USA har fundet en ny forklaring på, hvorfor bløde faste stoffer nemt klæber til overflader, men er svære at fjerne. Selvom eksperter længe havde antaget, at forskellige kemiske processer og materialespecifikke egenskaber kunne spille en rolle i denne såkaldte adhæsive hysterese, har et hold ved universiteterne i Freiburg, Pittsburgh og Akron nu vist, at overfladeruhed alene er nok til at forklare det. . Ifølge holdet kan dette fund fundamentalt ændre den måde, vi tænker på klæbrigheden af bløde materialer.
Hvis du nogensinde har fundet det nemt at klæbe en genstand til noget, men næsten umuligt at få den af den, når den først sidder fast, har du observeret klæbende hysterese i aktion. "Ethvert blødt materiale vil vise denne hysterese, når de tager kontakt," forklarer teamets medleder Lars Pastewka, en fysiker i afdeling for mikrosystemteknik i Freiburg. "Scotch tape og klistersedler kan nemt sættes på, men er svære at fjerne."
I 1966 udviklede forskere, der forsøgte at forklare denne adfærd, en tommelfingerregel kaldet Dahlquist-kriteriet. Dette kriterium siger, at hvis et materiale er meget blødt – hvilket Pastewka siger nogle gange oversættes til at kræve et Youngs modul på mindre end 0.1 MPa – vil det "binde", når det skubbes i kontakt, og det vil bevare denne "binding", når det frigives.
I den nye undersøgelse siger Pastewka: "Vi viser, at der ikke er nogen reel 'binding', men at ruheden fastgør kontaktlinjen, hvilket giver en fysisk forklaring på Dahlquist-kriteriet."
"Stick-slip" ustabilitet spreder energi
For at nå denne konklusion, Pastewka og kolleger i Freiburg og livMatS Cluster of Excellence udviklet modeller, der væver forskellige dele af teknik og fysik sammen. Disse tråde omfatter standard kontakt- og brudmekanik samt mere abstrakt forskning i elastiske linjer i tilfældige medier (et emne, der ligger inden for den gren af fysik, der beskæftiger sig med komplekse systemer). Resultaterne af disse modeller viste diskrete "spring", kendt som stick-slip-ustabiliteter, der opstår, når omkredsen af elastiske kroppe kommer i kontakt med hinanden.
Disse stick-slip-ustabiliteter spreder energi og fører til hysterese, og Pastewka siger, at hans teori- og modelleringsgruppe i Freiburg antog, at de også kunne spille en rolle i adhæsion. "For at bekræfte dette bad vi vores eksperimentelle kolleger hos Akron om at tjekke deres mål," siger han. "De så også disse spring."
Tidligere hypoteser
Forskere havde tidligere foreslået, at adhæsionshysterese i bløde faste stoffer kan være forårsaget af spredning af viskoelastisk energi - det vil sige energi tabt til varme, når et materiale deformeres under kontakt. Hvis et materiale komprimeres under kontakt og udvider sig under frigivelse, vil disse energitab modvirke bevægelsen af kontaktfladen, hvilket øger klæbekraften under adskillelse.
En anden forklaring centrerede sig om en proces kaldet kontaktældning, som involverer dannelsen af kemiske bindinger på kontaktfladen. Under denne hypotese, jo længere kontakten eksisterer, jo større vil adhæsionen være.
Selvom begge forklaringer lyder fysisk plausible, "Vores simuleringer viser, at den observerede hysterese kan forklares uden disse specifikke energispredningsmekanismer," siger Antoine Sanner, en postdoc-forsker ved Freiburg, der lavede hovedparten af undersøgelsens teoretiske arbejde. "Den eneste kilde til energispredning i vores numeriske model er den pludselige springende bevægelse af kanten af kontakten, som er induceret af overfladens ruhed."
Forenkling af design af klæbemidler
Fordi materialesystemer, der er designet til at være klæbrige, ofte også er designet til at være viskoelastiske, siger Pastewka, at det nye arbejde kan forenkle designet af (vendbare) klæbemidler. Sådanne klæbemidler kan anvendes i bevægelsen af bløde robotter, hvor der er behov for at kontrollere den belastningsbærende kapacitet af robotternes kontaktende lemmer. En anden applikation kan være pick-and-place-systemer til produktionsanlæg, som i stigende grad er afhængige af blød robotteknologi.
Bobler gør bandager mere klæbrige
Processerne beskrevet i denne undersøgelse er også påvirket af grænsefladevandbroer, og forskerne siger, at de nu undersøger vands indflydelse på vedhæftning - især i form af kapillære adhæsioner. "Da vand er allestedsnærværende, tror jeg, at de fleste klæbefuger i det mindste til en vis grad er medieret af vand," siger Pastewka. "Vi kan derfor være i stand til at konstruere lignende (og endnu enklere) modeller for kapillærer ved grænseflader."
Alt dette er et noget overraskende resultat for et forskningsprojekt, der ifølge Pastewka oprindeligt fokuserede på triboelektricitet - fænomenet, hvor overflader i kontakt med hinanden bliver ladede. Denne effekt kan udnyttes til energihøst, og den er også relateret til de processer, der oplader skyer under tordenvejr og producerer lyn. "Tidligere forskning har vist, at ladning forekommer i specifikke mønstre på grænseflader, og vi troede, at det derfor kan være relateret til, hvordan grænseflader løsner," fortæller Pastewka Fysik verden. "Det er grunden til, at vi besluttede at se nærmere på detaljerne i løsrivelsesprocesserne og fandt stick-slip-ustabiliteterne."
Arbejdet er detaljeret i Science Forskud.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/sticky-materials-un-stick-themselves-in-jumps/
- :har
- :er
- :hvor
- $OP
- 1
- a
- I stand
- Om
- ABSTRACT
- Ifølge
- Konto
- Handling
- påvirket
- AL
- næsten
- alene
- også
- an
- ,
- En anden
- Anvendelse
- ER
- områder
- AS
- At
- vedhæfte
- Lavine
- BE
- bliver
- adfærd
- Tro
- organer
- Obligationer
- både
- Branch
- broer
- men
- by
- kaldet
- CAN
- Kapacitet
- forårsagede
- vis
- lave om
- afgift
- opladet
- kontrollere
- kemikalie
- Kemiske processer
- Cluster
- kolleger
- kommer
- komplekse
- konklusion
- Bekræfte
- konstruere
- kontakt
- kontrol
- kunne
- modvirke
- mørkere
- beskæftiger
- besluttede
- beskrevet
- Design
- konstrueret
- detaljeret
- detaljer
- udviklet
- diagram
- DID
- forskellige
- svært
- i løbet af
- hver
- nemt
- let
- Edge
- effekt
- selvstændige
- energi
- Engineering
- nok
- Endog
- NOGENSINDE
- eksisterer
- udvider
- eksperimenterende
- eksperter
- Forklar
- forklarede
- Forklarer
- forklaring
- forklaringer
- Exploited
- Udforskning
- udstrækning
- finde
- passer
- fokuserede
- Til
- Tving
- formular
- formation
- fundet
- knoglebrud
- fundamentalt
- Tyskland
- få
- større
- gruppe
- havde
- høst
- Have
- he
- højere
- hans
- Hvordan
- HTTPS
- i
- if
- illustrerer
- billede
- umuligt
- in
- omfatter
- stigende
- stigende
- angiver
- indflydelse
- oplysninger
- grænseflader
- ind
- involverer
- spørgsmål
- IT
- jpg
- hoppe
- spring
- kendt
- føre
- mindst
- mindre
- ligger
- lyn
- Line (linje)
- linjer
- Lang
- længere
- Se
- tab
- tabte
- lavet
- vedligeholde
- lave
- Making
- Produktion
- Maps
- materiale
- materialer
- max-bredde
- Kan..
- målinger
- mekanik
- mekanismer
- Medier
- måske
- model
- modellering
- modeller
- mere
- mest
- bevægelse
- meget
- Behov
- Ny
- ingen
- Noter
- nu
- objekt
- forekommende
- of
- off
- tit
- on
- engang
- kun
- Orange
- oprindeligt
- Andet
- vores
- Resultat
- især
- mønstre
- fænomen
- fysisk
- Fysisk
- fysiker
- Fysik
- Fysik verden
- fyr
- Planter
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- plausibel
- Leg
- tidligere
- behandle
- Processer
- producere
- projekt
- egenskaber
- skubbet
- tilfældig
- nå
- ægte
- Rød
- relaterede
- frigive
- frigivet
- stole
- Fjern
- forskning
- forsker
- forskere
- ligner i
- Resultater
- robotteknik
- robotter
- roller
- Herske
- så
- siger
- siger
- Videnskab
- forskere
- søger
- Vis
- viste
- vist
- lignende
- enklere
- forenkle
- simuleringer
- Soft
- noget
- sommetider
- noget
- Lyd
- Kilde
- specifikke
- standard
- Stater
- klæbrig
- Tråde
- Studere
- sådan
- pludselige
- overflade
- overraskende
- Systemer
- hold
- fortæller
- end
- at
- deres
- selv
- teoretisk
- teori
- Der.
- derfor
- Disse
- de
- tror
- denne
- selvom?
- tænkte
- thumbnail
- Dermed
- til
- sammen
- emne
- sand
- allestedsnærværende
- under
- Universiteter
- us
- forskellige
- meget
- Vand
- Vej..
- we
- Weave
- GODT
- hvornår
- som
- WHO
- hvorfor
- vilje
- med
- inden for
- uden
- Arbejde
- world
- ville
- hvilket giver
- zephyrnet