Investigadores de la Universidad Case Western Reserve, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea Dayton y China han desarrollado un nuevo adhesivo seco que se adhiere a temperaturas extremas, una calidad que podría hacer que el producto sea ideal para la exploración espacial y más allá.
El adhesivo inspirado en gecko no pierde tracción en temperaturas tan frías como el nitrógeno líquido o tan calientes como la plata fundida, y en realidad se vuelve más pegajoso a medida que aumenta el calor, informan 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 alineados verticalmente, se publica en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Hasta donde los investigadores saben, ningún otro adhesivo seco es capaz de trabajar a temperaturas tan extremas.
Liming Dai, profesor de ciencias e ingeniería macromolecular en Case Western Reserve y autor del estudio se asoció con Ming Xu, investigador asociado senior en Case School of Engineering y académico visitante de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong; Feng Du, seniorinvestigador asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Macromolecular de Case Western Reserve, y Sabyasachi Ganguli y Ajit Roy, de la Dirección de Materiales y Fabricación, Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea.
Los nanotubos de carbono alineados verticalmente con las partes superiores agrupadas en nodos replican los pelos microscópicos en el pie del reptil que camina por la pared y permanecen estables desde -320 grados Fahrenheit hasta 1,832 grados, dicen los científicos.
"Cuando ha alineado los nanotubos con los extremos agrupados que penetran en las cavidades de la superficie, genera suficientes fuerzas de Van der Waal para sostener", dijo Xu. "El adhesivo seco no pierde adherencia a medida que se enfría porque la superficie no lo hace".t cambia. Pero cuando calienta la superficie, la superficie se vuelve más áspera, bloqueando físicamente los nanotubos en su lugar, lo que conduce a una adhesión más fuerte a medida que aumenta la temperatura ".
Debido a que el adhesivo sigue siendo útil en un rango tan amplio de temperaturas, los inventores dicen que es ideal para su uso en el espacio, donde la sombra puede ser gélida y la exposición al sol ardiente.
Además del rango, el agente de unión ofrece propiedades que podrían aumentar su utilidad. El adhesivo conduce el calor y la electricidad, y estas propiedades también aumentan con la temperatura ". Cuando se aplica como una cinta adhesiva de doble cara, el adhesivo se puede usarpara vincular los componentes eléctricos y también para la gestión eléctrica y térmica ", dijo Roy.
"Este adhesivo puede usarse 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 cara se mantuvo tan fuerte como la cinta comercial en varias superficies rugosas, incluyendopapel, madera, películas de plástico y paredes pintadas, que muestran un uso potencial como adhesivos conductores en electrodomésticos y robots para escalar paredes ".
fuerza de retención
En las pruebas, una cinta de doble cara hecha con los nanotubos de carbono CNT aplicados entre dos capas de lámina de cobre tenía una fuerza adhesiva de aproximadamente 37 newtons por cm-2 a temperatura ambiente, casi lo mismo que una capa comercial de doble caraCinta Adhesiva.
A diferencia de la cinta comercial, que pierde adherencia al congelarse o calentarse, el adhesivo CNT mantuvo su resistencia a -320 grados Fahrenheit. La resistencia adhesiva se duplicó con creces a 785 grados Fahrenheit y fue aproximadamente seis veces más fuerte a 1891 grados.
Sorprendidos por la creciente fuerza adhesiva, los investigadores utilizaron un microscopio electrónico de barrido para buscar la causa. Descubrieron que, a medida que los nodos agrupados penetran en las cavidades de la superficie, los nanotubos flexibles ya no permanecen alineados verticalmente sino que colapsan en estructuras similares a una red.La acción parece mejorar las fuerzas de van der Waal debido al aumento de la superficie de contacto con los nanotubos colapsados.
Mirando más allá, los investigadores descubrieron que a medida que la temperatura aumentaba por encima de los 392 grados Fahrenheit, la superficie de la lámina de cobre se volvía cada vez más rugosa. Los extremos agrupados y los nanotubos colapsados parecen penetrar más profundamente en las irregularidades inducidas por el calor en la superficie, lo que aumenta la adhesiónLos investigadores llaman a este mecanismo de adhesión "nano-enclavamiento".
El adhesivo se mantuvo fuerte durante cientos de ciclos de transición de temperatura entre la temperatura ambiente y -320 grados, luego hasta 1891 grados y entre el frío extremo y la temperatura ambiente.
La lámina de cobre, que se usó en muchas de las pruebas para demostrar el potencial de la gestión térmica, no es única. La superficie de muchos otros materiales, incluidas las películas de polímeros y otras láminas de metal, se endurecen cuando se aplica calor, lo que los convierte en buenos objetivospara este tipo de adhesivo, sugiere el equipo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Case Western Reserve . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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