Elektronenmikroskopische Aufnahme gezogen Klebeband.Bild: Julien Chopin
Es gibt eine gewisse Geduld erforderlich, für das Studium Klebeband. Sicher, manchmal Experimente erfordern peeling, aber auch andere Zeiten, die Forscher müssen einfach sitzen herum und warten Sie, bis der Klebstoff zu scheitern. Mit diesen Experimenten bringen Wissenschaftler näher an etwas, das noch nicht existiert: eine einheitliche Theorie des Bandes.
Klebeband ist nicht nur für das anbringen von Plakaten an die Wände—es findet Verwendung in der gesamten Industrie, von Operationen, iPhones, Autos. Aber auf der kleinsten Skalen, es ist nicht ganz klar, wie es funktioniert, und die Suche nach dem richtigen Klebstoff für den job kann eine Sache zum Verrücktwerden trial-and-error. Ein theoretisches Verständnis, wie und warum die tapes abziehen könnte helfen Unternehmen entwickeln neue stärkere Klebstoffe.
“Wenn Sie verstehen, wie das funktioniert, dann verstehen Sie, wie komplizierte Dinge funktionieren,” Helen Minsky, Postdoc-Forscher an der ESPCI Paris, erklärt Gizmodo.
Aber zuerst: Was ist das Band? “Tape ist ein weiches material verwendet, um zu halten Dinge zusammen,” Minsky sagte. Auf der mikroskopischen Skala, zwei härtere Oberflächen, die in Kontakt kommen, treffen sich nicht an vielen Orten. Aber Band extreme Weichheit erlaubt es, füllen die Räume. Moleküle können miteinander interagieren, durch die verschiedenen Nahkampf-inter-atomaren Kräfte. Band maximiert die Anzahl der Orte, an denen diese Oberflächen in Kontakt kommen, was zu höheren Mengen dieser inter-atomaren Kräfte und somit zu einer klebrigen Natur. Darüber hinaus ist es dissipativen, d.h. es verliert die Energie, die Sie verwendet, um die kleben Sie es an die Oberfläche. Die Band die Form entspricht der der Feste. Aber das entfernen der tape braucht viel mehr Energie, Dank der Band, die internen Eigenschaften. Bänder sind Komplex, und oft sind darauf spezialisiert, sich an bestimmte Flächen, Teile von der Rakete auf der Haut.
Von mehr Sorge, als wie Sie die Band-sticks ist, wie die Band unsticks. Sicher, es könnte nicht eine große Sache sein, wenn das Band unsticks in Ihrem iPhone, aber wenn Automobil-Bauherren haben sich dafür entschieden, die mit Klebeband statt Schweißen die Teile zusammen, die Sie besser verstehen, was Kräfte bewirken, dass das Band zu scheitern.
Wissenschaftler sind vor allem mit drei verschiedenen Arten Band können deblockieren: man kann Es abziehen, wenn der Kleber angebracht ist, um einen flexiblen film und entfernt; Sie kann Scheren, das ist wie peeling die aber parallel zu der Oberfläche, oder Sie können tack, wenn Sie drücken etwas direkt hinunter in die freiliegende Klebeflächen aufweisen, und ziehen Sie dann zurück.
Heute ist die wissenschaftliche Theorie, nicht völlig vereinigen, shear, peel und tack, nach ESPCI Wissenschaftler Matteo Ciccotti, und die Band hat “trotzte vielen Modellierung der versuche in den vergangenen 70 Jahren,” er und sein team schreiben in einem Papier.
Die Schwierigkeit ist aufgrund der Komplexität der unsticking Prozess. Band entwickelt sich zunächst Hohlräume zwischen dem Klebstoff und der Oberfläche, auf welcher er stecken geblieben ist. Diese Hohlräume wachsen, und schließlich wird der Kleber erstreckt sich in lange Fasern, die 10 mal die Band die erste Dicke, bevor Sie Sie schnappen. Es kann hundert bis tausend mal mehr Energie, sich zu dehnen und brechen die Fasern als würde es zu einfach brechen die einzelnen Bindungen zwischen den Band-Atomen und den Atomen der Oberfläche, sagte Ciccotti.
Energie geht verloren, sowohl zum dehnen der Fasern, das Viskose fließen des Materials, und zu Ihrer eigentlichen brechen. Theorien, die erklären, weiche Polymere, die Verformung oder fließen unter Druck, dann wieder die Form nicht beschreiben, die extremen Belastungen der Band-Fasern aushalten können. Theorien zu erklären, dicken Flüssigkeit würde nicht erklären, die Art und Weise, dass die Fasern sauber trennen nach dem dehnen. Theorien, die erklären, fracturing material nicht korrekt Vorhersagen, die großen Energien, die notwendig sind für unsticking der Band. Sie geben auch scheinbar unzusammenhängenden Ergebnisse für Schäl -, scher -, und tack.
Aber industrielle Anwendungen erfordern die Kenntnis einer bestimmten Band die Grenzen unter verschiedenen Arten von Belastungen, so ist es ein problem, dass die bestehenden Theorien nicht verlinken. Heute, wissend, dass ein Band führt gut unter einen tack test nicht bestätigen, dass es gut unter einer scher-test, da die Fasern anders Verhalten unter diesen verschiedenen Bedingungen.
Das ist, warum Ciccotti, sowie Costantino Creton und Etienne Barthel am ESPCI Paris, versucht, zu vereinheitlichen alle diese Stücke in einer einzigen Theorie. In Ihren versuchen, Sie zu entfernen tapes von Oberflächen, bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Winkeln, Messung der Kräfte und der Bildgebung die Ergebnisse mit high-Power-Mikroskope. “Wir möchten zu entwickeln, ein Ansatz zur Vorhersage der performance der Band unter diesen verschiedenen Arten von tests,” Ciccotti sagte. Vor kurzem habe Sie sogar eingeführt Moleküle, die Leuchten, unter stress oder wenn Sie brechen, was Ihnen helfen könnte in der Nähe einer universellen Modell von Klebeband.
Fasern bilden in der entbänderung Band.Bild: Xavier MorelleDiese sind anstrengende Experimente, Minsky erklärt. “Viele meiner Tag beinhaltet warten auf die Bänder zu scheitern.”
Das team hat bereits mehrere wichtige theoretische Fortschritte im Verständnis der Band, vor allem, wie es sich verhält, wenn Sie es Scheren, oder gleitet entlang der Oberfläche. Mit weiteren Validierung, Ihre Arbeit wird dazu beitragen, anderen die Wissenschaftler erwarten, wie und Wann die Band beginnt zu scheitern, Carlos Barrios, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei 3M, sagte Gizmodo. “Der geeignete theoretische Modelle, die helfen zu verstehen, die Lage, die Größe und Richtung der Belastungen, die Materialien, die es erleben werden, wenn Sie Teil einer Klebeverbindung, kann überprüfen, warum einige unserer Lösungen, die funktionieren so gut,” sagte er, “und bieten eine zusätzliche design-tool für Entwickler zu verwenden, wenn die Schaffung neuer Klebstoffe Lösungen.”
Letztlich ist diese Art von Forschung ist sowohl wichtig zu helfen, Ingenieure verbringen weniger Zeit damit, zu raten und mehr Zeit für die Herstellung von optimalen Bänder und grundlegender Wissenschaft. In der Tat, die Wissenschaft hinter der Band ist eine aufregend komplexe Rätsel zu entwirren.
“Es gibt viele Dinge, die wichtig sind”, wenn es um vollständig zu verstehen, tape, Ciccotti erklärt. “Sie haben einen groben überblick über all diese Komponenten eher als Fokus auf einen ganz bestimmten Punkt, ansonsten wirst du es nicht bekommen.”
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