Blaren (kleine luchtbellen) of lusjes in pleisters of tapes kunnen behoorlijk vervelend en moeilijk te verwijderen zijn. Bovendien, ze kunnen ook de materialen aantasten die worden gebruikt om flexibele elektronica en zachte robotica te maken. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en Universiteit Twente hebben het losmaken van lusvormige plakband bestudeerd en een nieuw model ontwikkeld om uit te leggen hoe lastige lussen het beste kunnen worden verwijderd. Het nieuwe onderzoek is gepubliceerd in Europese natuurkundebrieven.

Stel je een tape voor waarbij de twee kleverige kanten aan elkaar worden geplakt, wat resulteert in een lus. Als u de lus probeert te verwijderen door aan de twee uiteinden van de lus te trekken, gebeurt er iets verrassends.

De grootte van het contactgebied tussen de plakzijden begint af te nemen, maar de lus ontvouwt zich niet zoals je zou verwachten. In plaats daarvan, terwijl je de twee kanten uit elkaar haalt, de lus krimpt gewoon in omvang totdat deze een kritieke kleine omvang bereikt en uiteindelijk wordt de lus opgeheven.

Dit opzienbarende gedrag verbijsterde Twan Wilting, doctoraat kandidaat in de groep Fluids and Flows van de afdeling Technische Natuurkunde aan de TU/e ​​in samenwerking met Hanneke Gelderblom, geruime tijd. "Ik kwam dit effect een paar jaar geleden tegen en kon online geen oplossing vinden. Ik heb zelfs contact gezocht met YouTubers voor een oplossing, maar tevergeefs."

Toen in 2019, Wilting volgde een cursus bij Jacco Snoeijer (Faculteit Bètawetenschappen, Universiteit Twente) waarin Snoeijer lijmen besprak en sprak over de YouTube-video's die Wilting maar al te goed kende. "Na afloop ben ik door Twan benaderd met het probleem, en hij vroeg me of ik er met hem aan wilde werken, ", zegt Snoeijer. "We hebben afgesproken om samen te werken, en daarna ging het snel."

Experimentele uitdagingen

Het verwijderen van lussen en blaren heeft gevolgen voor meer dan alleen pleisters en plakband, zoals Jacco Snoeijer aangeeft. "Bij het werken met materialen voor dunne flexibele elektronica en zachte robotica, het is belangrijk om te weten welke krachten moeten worden uitgeoefend om blaren of lussen te verwijderen. Anders, je loopt het risico het materiaal blijvend te beschadigen."

Om te bestuderen hoe lussen veranderen wanneer ze worden blootgesteld aan verschillende afpelkrachten en snelheden, de onderzoekers besloten te bestuderen hoe loops evolueerden in verschillende tapes. Maar ze hadden een betrouwbare manier nodig om rechte tapelussen te maken in het lab.

"In rechte tapelussen zijn de twee plakzijden van de tape perfect uitgelijnd of evenwijdig. Als de twee zijden niet evenwijdig waren, de lus zou draaien als de grootte kleiner werd, en we wilden elke verdraaide natuurkunde vermijden, " merkt Wilting op. "Omdat we geen geautomatiseerde apparaten hadden, we moesten de lussen met de hand maken. Het spreekt voor zich dat het een proces van testen en uitproberen was."

Toen de ontpelingsexperimenten eenmaal waren voltooid, de onderzoekers gebruikten de waarnemingen om een ​​nieuw model te construeren dat het luskrimpproces beschrijft en een indicatie geeft van de kritische lusgrootte (vóór definitieve ontknoping) en de kritische afpelkracht.

"Het model komt heel goed overeen met de experimentele waarnemingen. Misschien zullen we in de toekomst meer aan het model toevoegen, met name over hoe de lijmen evolueren tijdens het ontrollen, ’ zegt Snoeijer.

Het is één ding om lussen in speciaal geprepareerde banden te verwijderen, maar het is iets anders om lussen in praktische instellingen te verwijderen. Wilting en de onderzoekers weten dat er tal van toepassingen zijn voor hun model in de echte wereld:"Blisters en lussen komen voor in meerlaagse coatings, flexibele elektronica, zachte robotica, zelfs tijdens de productie van grafeen (het materiaal gemaakt van koolstofatomen in een honingraatrooster dat één koolstofatoom dik is). Dit betekent dat u moet weten wat er gebeurt tijdens vouw- en zelfklevende processen, en dat is waar ons model zeker kan helpen."

Serendipiteit en wetenschapscommunicatie

Eindelijk, er is een significante serendipiteit over deze onderzoeksstudie. Naast Wilting zat tijdens die cursus die Jacco Snoeijer in 2019 gaf Martin Essink, een doctoraat kandidaat die met Snoeijer werkte en die Wilting aanmoedigde om Snoeijer te benaderen over de puzzel. Daaraan toegevoegd, Snoeijer was de begeleider van Hanneke Gelderblom, Wilting's begeleider aan de TU/e. Alle vier zijn auteurs van dit nieuwe artikel.

Dus lussen die zich vormen in plakband, flexibele elektronica, en grafeenvlokken moeten maar oppassen. Hun toekomst staat op het punt constructief te ontrafelen.