Naukowcy z Niemiec i USA znaleźli nowe wyjaśnienie, dlaczego miękkie ciała stałe łatwo przyklejają się do powierzchni, ale trudno je usunąć. Chociaż eksperci od dawna stawiali hipotezę, że różne procesy chemiczne i właściwości specyficzne materiału mogą odgrywać rolę w tak zwanej histerezie klejenia, zespół z uniwersytetów we Fryburgu, Pittsburghu i Akron wykazał teraz, że sama chropowatość powierzchni wystarczy, aby to wyjaśnić . Zdaniem zespołu odkrycie to może zasadniczo zmienić sposób, w jaki myślimy o lepkości miękkich materiałów.
Jeśli kiedykolwiek zdarzyło Ci się, że przyklejenie przedmiotu do czegoś było łatwe, ale oderwanie go od niego po przyklejeniu było prawie niemożliwe, zaobserwowałeś działanie histerezy klejenia. „Każdy miękki materiał będzie wykazywał tę histerezę podczas nawiązywania kontaktu” – wyjaśnia współlider zespołu Larsa Pastewki, fizyk z wydział inżynierii mikrosystemów we Fryburgu. „Taśma klejąca i karteczki samoprzylepne przyczepiają się łatwo, ale trudno je odłączyć”.
W 1966 roku naukowcy próbujący wyjaśnić to zachowanie opracowali praktyczną zasadę zwaną kryterium Dahlquista. Kryterium to stwierdza, że jeśli materiał jest bardzo miękki – co według Pastewki jest czasami tłumaczone jako wymagający modułu Younga mniejszego niż 0.1 MPa – będzie on „wiązał się” po zetknięciu i utrzyma to „wiązanie” po zwolnieniu.
W nowym badaniu Pastewka mówi: „Pokazujemy, że nie ma prawdziwego «wiązania», ale szorstkość unieruchamia linię styku, co daje fizyczne wyjaśnienie kryterium Dahlquista”.
Niestabilności typu „stick-slip” rozpraszają energię
Aby dojść do tego wniosku, Pastewka i współpracownicy z Freiburga i livKlaster Doskonałości MatS opracowane modele, które splatają ze sobą różne dziedziny inżynierii i fizyki. Pasma te obejmują standardową mechanikę kontaktu i pękania, a także bardziej abstrakcyjne badania linii sprężystych w ośrodkach przypadkowych (temat leżący w gałęzi fizyki zajmującej się układami złożonymi). Wyniki tych modeli wykazały dyskretne „skoki”, znane jako niestabilności typu stick-slip, występujące, gdy obwody ciał sprężystych stykają się ze sobą.
Te niestabilności typu stick-slip rozpraszają energię i prowadzą do histerezy, a Pastewka twierdzi, że jego zespół zajmujący się teorią i modelowaniem we Freiburgu postawił hipotezę, że mogą one również odgrywać rolę w adhezji. „Aby to potwierdzić, poprosiliśmy naszych kolegów-ekspertów z Akron o sprawdzenie pomiarów” – mówi. „Widzieli też te skoki”.
Hipotezy z przeszłości
Naukowcy sugerowali wcześniej, że histereza adhezji w miękkich ciałach stałych może być spowodowana rozpraszaniem energii lepkosprężystej, czyli energii traconej na ciepło, gdy materiał odkształca się podczas kontaktu. Jeśli materiał ściska się podczas kontaktu i rozszerza się podczas uwalniania, te straty energii przeciwdziałają ruchowi powierzchni styku, zwiększając siłę adhezji podczas oddzielania.
Inne wyjaśnienie skupiało się na procesie zwanym starzeniem kontaktowym, który polega na tworzeniu się wiązań chemicznych na powierzchni styku. Zgodnie z tą hipotezą, im dłuższy kontakt, tym większa będzie przyczepność.
Chociaż oba wyjaśnienia wydają się fizycznie prawdopodobne, „Nasze symulacje pokazują, że obserwowaną histerezę można wyjaśnić bez tych specyficznych mechanizmów rozpraszania energii” – mówi Antoine’a Sannera, pracownik naukowy ze stopniem doktora we Fryburgu, który wykonał większość pracy teoretycznej zawartej w badaniu. „Jedynym źródłem rozpraszania energii w naszym modelu numerycznym jest nagły ruch skokowy krawędzi styku, wywołany chropowatością powierzchni”.
Uproszczenie projektowania klejów
Pastewka twierdzi, że nowe prace mogą uprościć projektowanie (odwracalnych) klejów, ponieważ systemy materiałów zaprojektowane tak, aby były lepkie, często są również projektowane jako lepkosprężyste. Takie kleje można zastosować w poruszaniu się miękkich robotów, gdzie istnieje potrzeba kontrolowania nośności stykających się kończyn robotów. Innym zastosowaniem mogą być systemy pick-and-place dla zakładów produkcyjnych, które w coraz większym stopniu opierają się na miękkiej robotyce.
Bąbelki sprawiają, że bandaże są bardziej lepkie
Na procesy opisane w tym badaniu wpływają również międzyfazowe mostki wodne, a naukowcy twierdzą, że obecnie badają wpływ wody na adhezję – szczególnie w postaci zrostów kapilarnych. „Ponieważ woda jest wszechobecna, uważam, że w większości spoin klejonych przynajmniej w pewnym stopniu pośredniczy woda” – mówi Pastewka. „Być może będziemy w stanie skonstruować podobne (a nawet prostsze) modele kapilar na stykach”.
Wszystko to jest dość zaskakującym wynikiem jak na projekt badawczy, który według Pastewki pierwotnie skupiał się na tryboelektryczności — zjawisku, w wyniku którego stykające się ze sobą powierzchnie zostają naładowane. Efekt ten można wykorzystać do gromadzenia energii, a także jest on powiązany z procesami, które ładują chmury podczas burzy i wytwarzają błyskawice. „Wcześniejsze badania wykazały, że ładunek występuje w określonych wzorach na interfejsach i pomyśleliśmy, że może to być powiązane ze sposobem odłączania się interfejsów” – mówi Pastewka Świat Fizyki. „Dlatego postanowiliśmy przyjrzeć się szczegółom procesów odrywania i odkryliśmy niestabilności typu stick-slip”.
Praca jest szczegółowo opisana w Postępy nauki.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://physicsworld.com/a/sticky-materials-un-stick-themselves-in-jumps/
- :ma
- :Jest
- :Gdzie
- $W GÓRĘ
- 1
- a
- Zdolny
- O nas
- ABSTRACT
- Stosownie
- Konto
- Działania
- afektowany
- AL
- prawie
- sam
- również
- an
- i
- Inne
- Zastosowanie
- SĄ
- obszary
- AS
- At
- dołączać
- Lawina
- BE
- stają się
- zachowanie
- uwierzyć
- ciała
- Więzy
- obie
- Oddział
- mosty
- ale
- by
- nazywa
- CAN
- Pojemność
- powodowany
- pewien
- zmiana
- opłata
- naładowany
- ZOBACZ
- chemiczny
- Procesy chemiczne
- Grupa
- koledzy
- przyjście
- kompleks
- konkluzja
- Potwierdzać
- skonstruować
- skontaktuj się
- kontrola
- mógłby
- przeciwdziałać
- ciemniejszy
- czynienia
- postanowiła
- opisane
- Wnętrze
- zaprojektowany
- szczegółowe
- detale
- rozwinięty
- schemat
- ZROBIŁ
- różne
- trudny
- podczas
- każdy
- z łatwością
- łatwo
- krawędź
- efekt
- zatrudniony
- energia
- Inżynieria
- dość
- Parzyste
- EVER
- istnieje
- rozszerza się
- eksperymentalny
- eksperci
- Wyjaśniać
- wyjaśnione
- Objaśnia
- wyjaśnienie
- Wyjaśnienia
- eksploatowany
- Exploring
- stopień
- znalezieniu
- dopasować
- koncentruje
- W razie zamówieenia projektu
- wytrzymałość
- Nasz formularz
- formacja
- znaleziono
- pęknięcie
- zasadniczo
- Niemcy
- otrzymać
- większy
- Zarządzanie
- miał
- Żniwny
- Have
- he
- wyższy
- jego
- W jaki sposób
- HTTPS
- i
- if
- ilustrujące
- obraz
- niemożliwy
- in
- zawierać
- wzrastający
- coraz bardziej
- wskazać
- wpływ
- Informacja
- interfejsy
- najnowszych
- dotyczy
- problem
- IT
- jpg
- skok
- skoki
- znany
- prowadzić
- najmniej
- mniej
- leży
- błyskawica
- Linia
- linie
- długo
- dłużej
- Popatrz
- straty
- stracił
- zrobiony
- utrzymać
- robić
- Dokonywanie
- produkcja
- Mapy
- materiał
- materiały
- Maksymalna szerokość
- Może..
- Pomiary
- mechanika
- Mechanizmy
- Media
- może
- model
- modelowanie
- modele
- jeszcze
- większość
- ruch
- dużo
- Potrzebować
- Nowości
- Nie
- Uwagi
- już dziś
- przedmiot
- występujący
- of
- poza
- często
- on
- pewnego razu
- tylko
- Orange
- pierwotnie
- Inne
- ludzkiej,
- Wynik
- szczególnie
- wzory
- zjawisko
- fizyczny
- Fizycznie
- fizyk
- Fizyka
- Świat Fizyki
- kołki
- Rośliny
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- do przyjęcia
- Grać
- poprzednio
- wygląda tak
- procesów
- produkować
- projekt
- niska zabudowa
- popychany
- przypadkowy
- dosięgnąć
- real
- Czerwony
- związane z
- zwolnić
- wydany
- opierając się
- usunąć
- Badania naukowe
- badacz
- Badacze
- przypominający
- Efekt
- robotyka
- roboty
- Rola
- Zasada
- zobaczył
- powiedzieć
- mówią
- nauka
- Naukowcy
- poszukuje
- pokazać
- pokazał
- pokazane
- podobny
- prostsze
- upraszczać
- symulacje
- Miękki
- coś
- czasami
- nieco
- Dźwięk
- Źródło
- specyficzny
- standard
- Zjednoczone
- lepki
- Pasma
- Badanie
- taki
- nagły
- Powierzchnia
- zaskakujący
- systemy
- zespół
- mówi
- niż
- że
- Połączenia
- ich
- sami
- teoretyczny
- teoria
- Tam.
- w związku z tym
- Te
- one
- myśleć
- to
- chociaż?
- myśl
- miniatur
- A zatem
- do
- razem
- aktualny
- prawdziwy
- wszechobecny
- dla
- Uniwersytety
- us
- różnorodny
- początku.
- Woda
- Droga..
- we
- Splot
- DOBRZE
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- który
- KIM
- dlaczego
- będzie
- w
- w ciągu
- bez
- Praca
- świat
- by
- wydajność
- zefirnet