Algunos adhesivos pueden tener pronto un brillo metálico y ser particularmente fáciles de despegar. Los investigadores del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Stuttgart sugieren que el galio es un adhesivo reversible. Al inducir ligeros cambios en la temperatura, pueden controlar sicapa de galio se adhiere o no. Esto se basa en el hecho de que el galio pasa de un estado sólido a un estado líquido a unos 30 grados centígrados. Un adhesivo reversible de este tipo podría tener aplicaciones en cualquier lugar donde se requiera una adhesión temporal, como la selección industrialprocesos de colocación y colocación, impresión por transferencia, unión temporal de obleas o para mover muestras biológicas sensibles como tejidos y órganos. La adhesión conmutable también podría ser adecuada para usar en los pies de robots trepadores.
El principio es bastante simple: por encima de 30 grados Celsius, el galio metálico es líquido, y por debajo de 30 grados es sólido. Entonces, si se introduce una gota de galio líquido entre dos objetos y luego se enfría a menos de 30 grados, el galiola capa se solidifica y une los dos objetos. Cuando es hora de separar los objetos, la temperatura se eleva para hacer la transición de la capa de galio a su estado líquido y pueden separarse con una pequeña cantidad de fuerza de descarga. Como adhesivo, galiofunciona de manera similar al pegamento caliente, ampliamente utilizado en aplicaciones de bricolaje. La diferencia es que mucho menos calentamiento y enfriamiento son suficientes en el caso del galio, se levanta mucho más fácil y limpiamente de la superficie, es altamente repetible yes eléctricamente conductor.
Para sus experimentos, los científicos que trabajan con Metin Sitti, Director del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes, humedecieron la punta de una varilla de elastómero cilíndrico con galio líquido. Luego pusieron en contacto la gotita de galio con diferentes materiales como vidrio, plásticoy oro. Después de enfriar la punta a 23 grados, descubrieron que el galio solidificado formaba una fuerte unión entre el elastómero y cada uno de los materiales.
Pruebas en superficies particularmente rugosas o húmedas
Los investigadores también tomaron medidas directas del poder de unión efectivo del galio en sus fases líquida y sólida. "El comportamiento de estos dos valores nos dice algo sobre la verdadera reversibilidad y capacidad de conmutación del proceso de adhesión", explica Metin Sitti.Cuanto mayor sea la diferencia del poder de unión entre el estado líquido y el estado sólido, más fácil será revertir y cambiar el efecto adhesivo.
El equipo también probó deliberadamente el galio en superficies particularmente ásperas y húmedas. "Estas son las condiciones de la superficie que aparecieron como debilidades importantes de los adhesivos micro / nanoestructurados reversibles propuestos recientemente", dice Sitti. ¿Cómo es eso?Hasta ahora, en superficies ásperas o húmedas siempre ha tenido una reversibilidad deficiente. No es así con el nuevo enfoque de galio. El equipo con sede en Stuttgart se ha convencido de su eficacia en condiciones húmedas, incluso probándolo bajo el agua. Su poder de unión y reversibilidad cuando está mojadoreducido en comparación con las condiciones secas, pero aún se mantuvo relativamente fuerte para una amplia gama de aplicaciones.
Aplicación donde se requiera una adhesión cuidadosa y reversible
Metin Sitti enfatiza que el rendimiento del galio en condiciones húmedas lo hace ideal para aplicaciones biológicas. El científico y el ingeniero prevén un momento en que el galio se pueda usar para mover células individuales, muestras de tejido o incluso órganos, por ejemplo, en entornos de laboratorio u hospital.
Otro posible campo de aplicación es la fabricación industrial, especialmente cuando están involucrados componentes frágiles como membranas de grafeno ultradelgadas o pequeños chips electrónicos. Estos componentes podrían ser recogidos por pinzas recubiertas de galio y luego asentarse en el lugar preciso dondese requieren, por ejemplo, una placa de circuito. En la jerga técnica, este tipo de tecnología de ensamblaje se llama "recoger y colocar". Ya existe hoy en día, pero generalmente se basa en el uso de succión al vacío.
Metin Sitti cree que el adhesivo de galio con temperatura controlada tiene dos ventajas: "Mojar un objeto con un líquido metálico como el galio que forma un enlace cuando se enfría ligeramente es un proceso mucho más suave para materiales frágiles que aspirarlos con una aspiradora,"Expone, y agrega que los nuevos métodos también son más eficientes energéticamente. Una vez que un objeto se adhiere a la capa de galio, no se requiere más energía para mantener la unión adhesiva. Solo cuando es tiempo de revertir la adhesión, el metal debe ser rápidamentecalentado a 30 grados. La técnica de vacío, sin embargo, requiere el uso constante de succión para mantener el efecto adhesivo.
Control de temperatura para cambio de fase de galio
Para lograr un calentamiento y enfriamiento rápidos según lo requerido en sus pruebas, el equipo de Stuttgart conectó un elemento Peltier a su configuración experimental. Este elemento puede liberar o absorber calor cuando se aplica una corriente eléctrica. Sin embargo, para aplicaciones prácticas enEn el futuro, los científicos anticipan que la unión adhesiva también podría revertirse utilizando radiación infrarroja de forma remota o utilizando calefacción eléctrica Joule integrando el cableado conductivo a la superficie.
Metin Sitti considera que la robótica es otra aplicación posible para este adhesivo. Por ejemplo, los robots trepadores como los que algún día pueden ascender turbinas eólicas por motivos de mantenimiento podrían beneficiarse de los adhesivos reversibles. Al activar el adhesivo, el pie del robot se fijaría ala pared de la turbina, y para el siguiente paso, la capa adhesiva entre el pie y la pared se calentaría brevemente por medio de un elemento calefactor integrado.
Un adhesivo que no se agota
Una consideración de gran importancia para aplicaciones prácticas es que el material debe poder usarse durante tantos ciclos como sea posible sin la necesidad de reemplazarlo. El galio cumple con este requisito, porque el metal líquido se levanta completamente del sustrato con el material adecuadocondiciones de carga y descarga. No quedan residuos en la superficie, y el adhesivo no pierde nada de su propia sustancia. Esto no es algo que se dé por sentado. "Los adhesivos buenos son generalmente difíciles de separar del sustrato", afirma Sitti, explicando que en el caso del galio, el material forma una fina capa de óxido en el aire. Esta capa de óxido de galio retiene el galio y asegura que no queden residuos cuando se invierte la adhesión.
Y eso no es todo. El galio tiene aún más para ofrecer: "Podemos usarlo a diferentes escalas, desde el rango de nanómetros hasta la microelectrónica, y hasta aplicaciones más grandes", dice Sitti con una sonrisa. En teoría, podría inclusose puede usar para levantar a una persona adulta siempre que la superficie de contacto sea lo suficientemente grande. Sin embargo, sería más rentable, eficiente energéticamente y práctico con objetos más pequeños.
Metin Sitti cree que este método podría usarse en aplicaciones prácticas en el futuro cercano. Y su equipo ya ha comenzado a explorar algunas de estas aplicaciones potenciales. Al mismo tiempo, están trabajando para optimizar la técnica. Hasta ahora, por ejemplo, el galio se aplicó a una barra de elastómero de alrededor de dos milímetros de diámetro para todas las pruebas. "Queremos probar otras geometrías y diseños de elastómero con diferentes escalas de longitud y ver si podemos mejorar la resistencia de la unión mientras lo hacemos", dice Sitti.Los científicos también planean estudiar aleaciones de galio con otros metales como el indio, pero estarán observando de cerca para asegurarse de que el punto de fusión esté cerca de la temperatura ambiente normal.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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