Zelfs gekko's en spinnen kunnen niet eeuwig ondersteboven blijven zitten. Nanofysica zorgt daarvoor. Dit hebben mechanica-onderzoekers van de Universiteit van Linköping aangetoond in een artikel dat zojuist is gepubliceerd in Fysieke beoordeling E . Kennis die van groot industrieel nut kan zijn.

Gekko's en spinnen die eeuwig stil lijken te kunnen zitten, en ondersteboven rondlopen, fascineren onderzoekers wereldwijd al vele jaren. Binnenkort kunnen we slimme nieuwe bevestigingsmiddelen kopen die op dezelfde manier vasthouden als de voet van de gekko. Maar het feit is, vroeg of laat is de grip verloren, hoe weinig kracht er ook op inwerkt. Stefan Lindström en Lars Johansson, onderzoekers van de afdeling Mechanica, Universiteit van Linköping, samen met Nils Karlsson, recent afgestudeerd ingenieur, hebben dit aangetoond in een artikel dat zojuist is gepubliceerd in Fysieke beoordeling E .

Nog altijd, het is een fenomeen dat aanzienlijke voordelen kan hebben, bijvoorbeeld bij de productie van grafeen. Grafeen bestaat maar uit één laag atoom, en die gemakkelijk van de ondergrond moeten worden losgemaakt.

In zijn afstudeerproject bij de afdeling Mechanica, Nils Karlsson bestudeerde zowel de mechanica van het been van de gekko als de hechting van zijn voet aan het substraat. De voet van de gekko heeft vijf tenen, allemaal met dwarslamellen. Een scanning elektronenmicroscoop laat zien dat deze lamellen bestaan ​​uit een aantal kleine haarachtige setae, elk met een filmpje aan het eind, die lijkt op een kleine spatel. Deze spatels, ongeveer 10 nm dik, zijn wat zich aan de ondergrond hecht.

"Op nanoniveau omstandigheden zijn een beetje anders. De beweging van de moleculen is verwaarloosbaar in onze macroscopische wereld, maar het is niet in de nanowereld. Nils Karlssons afstudeerproject suggereerde dat warmte, en bijgevolg de beweging van de moleculen, heeft invloed op de hechting van deze spatels. We wilden verdere analyses doen, en berekenen wat er werkelijk gebeurt, " legt Stefan Lindström uit.

Ze verfijnden de berekeningen, dus ze werden aangebracht op een dunne film in contact met een oneffen oppervlak. Dus, de film komt alleen in contact met de bovenste delen van het oneffen oppervlak. De onderzoekers kozen er ook voor om de berekeningen te beperken tot het soort zwakke krachten die tussen alle atomen en moleculen bestaan:van der Waals-krachten.

"Het is waar, ze zijn klein, maar ze zijn er altijd en we weten dat ze extreem afhankelijk zijn van afstand, ", zegt Lars Johansson.

Dit betekent dat de kracht veel sterker is wanneer de film zich heel dicht bij een enkel hoog punt bevindt, dan wanneer het vrij dicht bij een aantal hoogtepunten ligt. Vervolgens, als de film loslaat, het doet dit punt voor punt. Dit komt doordat beide contactvlakken bewegen – trillen. Dit zijn kleine bewegingen, maar op een bepaald moment lopen de bewegingen synchroon, zodat de oppervlakken eigenlijk contact verliezen. Dan is de van der Waalskracht zo klein dat de film loslaat.

"Dus in werkelijkheid we kunnen een dunne film van de ondergrond losmaken door simpelweg het juiste moment af te wachten. Dit vereist niet veel kracht. Het deel van de film dat op het substraat achterblijft, trilt constant, en hoe harder ik aan dit deel trek, hoe sneller de film loslaat. Maar hoe lang het duurt voordat de film loslaat, hangt ook af van de structuur van de ondergrond en de stijfheid van de film. ", zegt Stefan Lindström.

In de praktijk betekent dit dat zelfs een kleine kracht gedurende een lange periode ervoor zal zorgen dat de film, of wat dat betreft de voet van de gekko, zijn greep te verliezen. Wat goed is voor de gekko, wie kan er opschieten, maar misschien niet zo goed voor een bevestigingssysteem. Toch – in de juiste toepassing, deze kennis kan van groot industrieel nut zijn.