Neumáticos aferrados a la carretera. Zapatos antideslizantes que evitan caídas. Una mano levantando un bolígrafo. Un gecko trepando una pared.
Todas estas cosas dependen de una superficie blanda que se adhiere y libera de una superficie dura, una interacción común pero incompleta. Nueva investigación publicada en Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS encuentra el eslabón perdido entre la adhesión de la superficie blanda y la rugosidad de la superficie dura que toca. El documento, "Vinculación de la pérdida de energía en la adhesión suave a la rugosidad de la superficie", se publicó en Actas de la Academia Nacional de Ciencias y fue coautor de Siddhesh Dalvi, Abhijeet Gujrati, Subarna R. Khanal, Lars Pastewka, Ali Dhinojwala y Tevis DB Jacobs.
Dr. Jacobs, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh, y el Dr. Dhinojwala, decano interino y Profesor HA Morton de Ciencia del Polímero en la Facultad de Ciencias del Polímero e Ingeniería de Polímeros de la Universidad de Akron, han utilizado mediciones microscópicas in situ del tamaño de contacto para desbloquear la física fundamental de cómo la rugosidad afecta la adhesión del material blando.
"Un gecko que corre por una pared vertical es un excelente ejemplo de cómo la naturaleza ha desarrollado una solución para adherirse a superficies rugosas", dice Dhinojwala. "La clave para lograr esta adhesión en una superficie rugosa es el contacto molecular. El material blando puede ajustarse asuperficies rugosas y crear el contacto molecular necesario para pegarse bien. Necesitamos una comprensión fundamental de los parámetros que controlan la adhesión a las superficies rugosas y la física subyacente ".
Hay dos partes diferentes del proceso: qué sucede cuando carga el contacto y qué sucede cuando lo separa.
Las teorías anteriores han propuesto cómo la rugosidad afecta la primera mitad del proceso, pero no ofrecen una idea de la segunda mitad. Este problema se llama "histéresis de adhesión", lo que significa que el contacto de la superficie blanda se comporta de manera diferente cuando se encuentra con la superficie rugosa en lugar de cuandouna forma de pensar en la histéresis de adhesión es pensar en una pequeña pelota de goma. Al presionar la pelota contra una superficie dura se expande el área de contacto; soltarla hará que el área se encoja de nuevo, pero no de una manera simétrica y predecibleEste descubrimiento marca el primer modelo de adhesión aproximada que puede predecir ambos.
La clave de este descubrimiento fundamental es una mirada cercana a la superficie rugosa en sí, muy, muy cerca.
"La gente ha estado midiendo la rugosidad durante cien años, pero las técnicas convencionales no pueden ver los pequeños detalles", dice Jacobs. "Nos acercamos, combinando múltiples técnicas, para medir la rugosidad por encima de la rugosidad por encima de la rugosidad.la textura se reduce a la escala atómica para muchas superficies "
El grupo desarrolló un nuevo enfoque utilizando un microscopio electrónico para medir la rugosidad por debajo de la escala de un nanómetro. Una de las superficies en este estudio parecía mucho más lisa que otras dos cuando se midió utilizando técnicas convencionales; sin embargo, cuando se midió hastaLa escala atómica resultó ser la más áspera de todas. Esta rugosidad a pequeña escala creó mucha más superficie para que el material blando se agarre. La comprensión detallada de la superficie rugosa fue el eslabón perdido que explicaba el comportamiento de adhesión de las superficies previsto..
"Nuestra investigación respondió una pregunta importante, pero en otro sentido, abrió una nueva línea de investigación", dice Jacobs. "Hay muchas preguntas interesantes sobre lo que realmente significa que las superficies estén 'en contacto' ycómo vincular lo que está sucediendo a escala atómica con lo que observamos en contactos reales del mundo real. Y estamos entusiasmados de continuar respondiéndolos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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