Vật liệu

Mặt dính nano nhân tạo

Mặt dính nano nhân tạo

Đây là một khái niệm dính khô hoàn toàn mới lạ, mang tính đột phá và đưa đến khả năng chế tạo các công cụ dính không keo, các dụng cụ ” Thông Minh ” lúc dính lúc không tùy vào tác động. Sự bám dính khô do lực hút Van der waals khác với bám dính ướt ( wet adhesion) dùng chất keo thông thường.

Đặt tính của bám dính khô vượt ra ngoài những chi phối của định luật ” Khoa học bề mặt ” ( Surface science). Nó chỉ tùy thuộc vào hình dạng, kích thước, và thiết kế của cấu trúc bề mặt nano mà trong trường hợp của bàn chân thạch sùng là hàng triệu những sợi lông con Keratin để đạt đến diện tích tiếp xúc cực đại. Điều này có nghĩa là sợi nano của mặt dính nhân tạo có thể chế tạo từ bất kỳ vật liệu nào miễn sao cho bề mặt tiếp xúc cực đại đạt đến một trị số lớn nhất. Người ta đã tạo ra một bề mặt với các loại sợi polyester hay silicon. Polyester là vật liệu polymer dùng làm vải vóc hoặc các loại chai nhựa. Trên một diện tích 1 cm2, Autumn, Fearing và full tạo một bề mặt với 200 triệu sợi nano polyester có đường kính 700nm ( nhỏ hơn sợi tóc 100 lần). cấu trúc này đã tạo một lực bám dính 6kg nếu tất cả 200 triệu sợi đồng thời tác động lên mặt nền

conghe_gecko ThanLan-04

 Sau đó người ta chế tạo mặt dính với sợi Polymide ( thương hiệu Kapton) . Sợi có chiều dài 200 micro mét và đường kính 0.2 micro mét . Ống dồn 100 triệu sợi trên một diện tích 1 cm2. Mặt dính này có thể chịu một sức 1kg. Sau đó, dùng 0.5 cm2 để treo lơ lửng đồ chơi Spiderman nặng 40kg vào mặt thủy tinh. Sau 5 lần bám dính bị tách rời, mặt dính mất hiệu năng, Nguyên nhân chính là do tính thích nước của polymide. polymide hút nước trên mặt thủy tinh làm giảm tính bám sát trên bề mặt sao đó các sợi polymide lại quyện vào nhau làm mất đi bản tính nano của mặt dính 

Gần đây, ống than nano cũng là một vật liệu thông dụng để tạo nên mặt dính không keo. Trong quá trình chế tạo ống than nano trong lò nung cao nhiệt (~1000 °C), các ống than có thể “mọc” thẳng đứng như một thân cây dài (đường kính ống khoảng 50 – 100 nm) dày đặt nhưng một khu rừng nhiệt đới. Hiện nay đã tạo được bề mặt ống than nano và 1 cm2 của bề mặt nầy có thể chịu một sức kéo gần 3 kg (3 kg/cm2) vượt hơn khả năng của bàn chân thằn lằn là 1 kg/cm2 . 

Khác với các loại băng keo văn phòng, vì cấu trúc sợi nano của bàn chân thằn lằn khi hai mặt bàn chân chập vào nhau, hiện tượng bám dính không xảy ra. Lý do là vì không có bề mặt tiếp xúc nên các sợi nano không bám được vào nhau. Điều này xem chừng như là một nghịch lý vì bàn chân thằn lằn vừa có thể bám, vừa không thể bám. Theo thường thức nếu không bảo quản kỷ lưỡng, băng keo có thể bám bụi làm giảm hiệu năng. Nhưng bàn chân thằn lằn thì không. Điều này có thể giải thích bằng hai lý do. Một mặt, chất keratin làm ra sợi lông bàn chân thằn lằn là một vật liệu sinh học ghét nước. Mặt khác, các sợi nano làm nên cấu trúc nano biến toàn thể bàn chân thành mặt ghét nước giống như lá sen. Đây là hiệu ứng lá sen (lotus effect). “Nước đổ lá sen (môn)” hay “Nước đổ đầu vịt” là những thành ngữ quen thuộc nói tới sự không biết nghe lời, phục thiện của những cái đầu bướng bĩnh hay những chế độ có các ông quan mặt dày. Nhưng “lá sen” hay “đầu vịt” lại là những cấu trúc nano đặc biệt cho việc “tự làm sạch” (self-cleaning) cho các loại bề mặt trong đó có bàn chân thạch sùng. Hiệu ứng này giúp thằn lằn bám dính/tách rời (attachment/ detachment) hằng triệu lần trong suốt cuộc đời của mình mà bàn chân không mảy may bám chút bụi trần lúc nào cũng nguyên vẹn như vừa được “bóc tem”!. 

—– Nguyễn Đăng Quang ——

Post Comment