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jueves, 17 de noviembre de 2016

¡SORPRENDENTE! Adhesivo seco se sostiene en frío extremo y se fortalece en calor extremo.

Investigadores del Case Western Reserve University, laboratorio de investigación de la fuerza aérea de Dayton y China han desarrollado un nuevo adhesivo seco que se adhiere en temperaturas extremas, una cualidad que podría hacer el producto ideal para la exploración del espacio y más allá.


Una vista lateral proporcionada por un microscopio electrónico de barrido muestra que mantiene la integridad estructural del adhesivo de nanotubos de carbono después de la exposición a 1033 grados Celsius. Crédito: Science Communications
 
El adhesivo inspirado en el gecko no pierde ninguna tracción en temperaturas frías como nitrógeno líquido o tan caliente como plata fundida y realmente se hace pegajoso cuando el calor aumenta, según el informe de los investigadores.

La investigación, que se basa en el desarrollo anterior de una cinta adhesiva seca de un solo lado basada en nanotubos de carbono verticalmente alineados, se publica en la revista Nature Communications. Los investigadores saben, que ningún otro adhesivo seco es capaz de trabajar a esas temperaturas extremas.

Liming Dai, profesor de ingeniería en Case Western Reserve y ciencia macromolecular y autor del estudio que se asoció con Ming Xu, investigador senior asociado en el caso de la escuela de ingeniería y profesor visitante de la Universidad Huazhong de ciencia y tecnología; Du Feng, investigador asociado en el Departamento de la ciencia Macromolecular de Case Western Reserve y la ingeniería; y Sabyasachi Ganguli y Ajit Roy, de la dirección de fabricación, laboratorio de investigación de la fuerza aérea y materiales.

Nanotubos de carbon verticalmente alineados con tapas en los nodos  replican los pelos microscópicos del pie del reptil escalador de pared y permanecen estable de 320 grados Fahrenheit a  1.832 grados,dicen los científicos.

"Cuando has alineado nanotubos con tapas incluidas penetra en las cavidades de la superficie, generando fuerzas de van der Waal suficiente para sostenerse", dijo Xu. "El adhesivo seco no pierde adherencia cuando se enfría porque la superficie no cambia. Pero cuando se calienta la superficie, la superficie se vuelve más áspera, bloqueando físicamente los nanotubos en el lugar, llevando a la más fuerte adherencia cuando la temperatura aumenta."

Debido a los restos de adhesivo útiles en un amplio rango de temperaturas, los inventores dicen que es ideal para uso en el espacio, donde la sombra puede ser frígida y exposición al sol ardiente caliente.

Además de la gama, el agente de adhesión ofrece propiedades que pueden agregar a su utilidad. El adhesivo conduce calor y electricidad, y estas propiedades también aumentan con la temperatura."Cuando se aplica como una cinta adhesiva de doble cara, el pegamento puede ser utilizado para conectar componentes eléctricos juntos y también para la gestión térmica y eléctrica," dijo Roy.

"Este adhesivo puede así ser utilizado como materiales de conexión para mejorar el rendimiento de la electrónica a altas temperaturas,"dijo Dai. "A temperatura ambiente, la cinta de nanotubos de carbono de doble sostenido como cinta fuertemente como comercial en diferentes superficies ásperas, incluyendo papel, madera, películas de plástico y paredes pintadas, mostrando potencial usado como realización de adhesivos en electrodomésticos y robots que escalan paredes."

Celebración de fuerza

En la prueba, una cinta de doble cara con los nanotubos de carbono (CNTs) aplicados entre dos capas de hoja de cobre tenía una fuerza adhesiva de cerca de 37 newtons por cm 2 a temperatura ambiente, aproximadamente lo mismo que una cinta adhesiva commercial de doble cara.

A diferencia de la cinta comercial, que pierde adherencia cuando se congela o se calienta, el adhesivo de la CNT mantuvo su fuerza hasta 320 grados Fahrenheit. La resistencia más adhesive  se duplicó a 785 grados Fahrenheit y fue aproximadamente seis veces más fuerte en 1891 grados.

Sorprendidos por la creciente fuerza adhesiva, los investigadores utilizaron un microscopio electrónico de barrido para buscar la causa. Encontraron que, como los nodos incluidos penetran las cavidades superficiales, los nanotubos flexibles ya no quedan alineados verticalmente pero derrumbarán en web-como las estructuras. La acción parece mejorar las fuerzas de van der Waal debido a una mayor superficie de contacto con los nanotubos colapsados.

Mirando más lejos, los investigadores encontraron que la temperature había aumentado sobre 392 grados Fahrenheit, la superficie de la lámina de cobre se convirtió en cada vez más áspera. Los extremos incluidos y los nanotubos colapsados parecen penetrar más profundamente en las irregularidades inducidas por el calor en la superficie, aumentando la adherencia. Los investigadores llaman a este mecanismo de adherencia "nano-que se enclavija."

El adhesivo se sostiene fuerte durante cientos de ciclos de transición  de temperatura entre temperatura ambiente y 320 grados entonces hasta 1891 grados y entre el frío extremo y a temperatura ambiente.

La hoja de cobre, que fue utilizada para muchas de las pruebas para demostrar el potencial para la administración térmica, no es única. La superficie de muchos otros materiales, como películas de polímero y otras láminas de metal, se hacen ásperas cuando se aplica calor, haciéndolos buenos objetivos para este tipo de adhesivo, sugiere el equipo.

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