НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Материалы, обладающие высоким коэффициентом трения, могут предотвратить скольжение по поверхностям в результате сильных нагрузок или с крутых склонов. Исследователи выяснили, что синтетическое полипропиленовое волокно может удержать панель на стеклянной поверхности, наклон которой составляет 80 градусов, однако, оно не является таким же «липким», как  клейкая лента. Размер каждого из волокон, количество которых составляет 42 миллиона на квадратный сантиметр,   – всего 20 микрон в длину и 0.6 микрон в диаметре, что приблизительно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Один микрон составляет одну тысячную миллиметра.

Вот что говорят о микроволокне в одном из обзорных сообщений от 19 августа:

"Мы думаем, что этот результат нашей продолжающейся научно-исследовательской работы – важная ступень в понимании того, как же геккон «прилипает» к поверхностям," сказал Рональд Фиринг – научный руководитель проекта, профессор электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета.

Исследователи, однако, особо отмечают, что, в отличие от волосков геккона, микроволокно не дает эффекта «прилипания». Прилипание – это сопротивление объекта отрыванию его от поверхности, в то время как трение  –  это сопротивление объекта его протягиванию или скольжению по поверхности. Таким образом, желающим повторить трюки «Человека-паука» не следует надевать костюм, сделанный из микроволокна.

Исследователи приписывают слабую адгезию к тенденции волокон выпрямляться и напрягаться, - таким образом, контакт с поверхностью нарушается, когда объект отделяется от поверхности.

"В конечном счете, то, что мы хотели бы иметь, - это материал, обладающий высоким коэффициентом трения и способный, в сочетании с определенными движениями, одновременно достигать и эффекта прилипания", сказала Кармэль Маджиди, аспирант Калифорнийского университета в области электротехники и вычислительной техники.

Однако, практическое применение такого микроволокна еще предстоит найти. Высокий коэффициент трения и низкий коэффициент прилипания – самые желаемые особенности такой продукции, как подошвы обуви, автомобильные шины и разнообразное спортивное оборудование. Для их производства сейчас используются мягкие материалы – такие, как каучук. Но исследователи отмечают, что жесткий полимер, вероятно, мог бы обладать большей сопротивляемостью высоким температурам и изнашиваться меньше, чем каучук.

“Когда вы имеете дело с каучуком, вы контролируете трение и свойства адгезионности, изменяя его химические формулировки," сказал Фиринг. "Когда мы имеем дело с  микроволокном, мы только изменяем его геометрию (конфигурацию) и механические свойства. Например, более толстые, более жирные волокна уменьшают трение.”

Кроме того, каучук с высоким коэффициентом трения имеет тенденцию становиться "липким", сказал Фиринг. " Полипропиленовое микроволокно – это новый класс материалов, которые имеют свойства каучука без «прилипания»".

Фиринг был одним из исследователей, которые, шесть лет назад, описали силу, которая, судя по всему, позволяет гекконам бегать по стенам и потолкам. Было известно, что ноги гекконов, каждая из которых состоит из пяти пальцев, покрыты миллионами крошечных волосков, называемых щетинками, а на концах эти щетинки, в свою очередь, состоят из миллиардов других крохотных щетинок.

Ученые обнаружили, что сеть волосков геккона формирует межмолекулярные связи с поверхностью посредством силы Ван дер Уолласа.

Эта сила начинает действовать только тогда, когда поверхности максимально приближаются одна к другой. Когда миллионы волосков геккона вступают в контакт с поверхностью, они все вместе создают мощную связь, которая в тысячу раз сильнее, чем та сила, которая нужна геккону, чтобы висеть на вертикальной стене.

Два года спустя члены той же самой исследовательской команды, основываясь на подсказке, которую они получили от гекконов, произвели первый эксперимент по проверке механизма силы ван дер Уолласа.

Еще более удивительной и впечатляющей является способность геккона «прилипать» и «отлипать» от поверхности целых 15 раз в секунду! "Геккон может управлять своим «прилипанием» к поверхности, как очень прочно удерживаясь на ней, так и легко «отлипая» от нее. Но, несмотря на все исследования, пока еще до конца не ясно, как именно он это делает,” сказала Маджиди.

Таким образом, ящерицы способны прочно «прилипать» к поверхности, делая всего-навсего легкий шаг. И это – тот механизм, который исследователям во всем мире еще только предстоит воспроизвести.

"Мы взяли очень жесткий материал, который сам по себе не имеет никакого коэффициента трения, и, изменяя только его геометрию, но при этом не изменяя ни одного из его химических свойств, мы смогли  достигнуть очень высокого коэффициента трения," сказала Маджиди.

Чем больше число волокон, которые находятся в контакте с поверхностью, тем больше трения. Исследователи считают, что каждое волокно дает сопротивление в 200 наноньютонов. Например, сила, прилагаемая при сгибании одного из волокон полипропилена, составляет всего лишь 39 наноньютонов. (Наноньютон  –  это сила, в 1 миллиард раз меньшая, чем Земная сила тяжести, давящая на яблоко.) Для сравнения: сила удара по кнопке на компьютерной клавиатуре составляет 700 миллионов наноньютонов.

Дальнейшая информация может быть получена на сайте www.berkeley.edu .

Автор статьи: Sarah Yang
Источник: http://www.innovations-report.com/html/reports/physics_astronomy/report-69500.html