Các nhà nghiên cứu ở Đức và Mỹ đã tìm ra lời giải thích mới cho lý do tại sao chất rắn mềm dễ bám vào bề mặt nhưng khó loại bỏ. Mặc dù các chuyên gia từ lâu đã đưa ra giả thuyết rằng các quá trình hóa học khác nhau và các đặc tính cụ thể của vật liệu có thể đóng một vai trò trong cái gọi là hiện tượng trễ dính này, một nhóm nghiên cứu tại các trường đại học Freiburg, Pittsburgh và Akron hiện đã chỉ ra rằng chỉ riêng độ nhám bề mặt là đủ để giải thích điều đó. . Theo nhóm nghiên cứu, phát hiện này về cơ bản có thể thay đổi cách chúng ta nghĩ về độ dính của vật liệu mềm.
Nếu bạn từng thấy việc dán một vật vào một vật nào đó thật dễ dàng nhưng hầu như không thể lấy nó ra một khi nó đã bị dính, thì bạn đã quan sát thấy hiện tượng trễ của chất kết dính. Đồng trưởng nhóm giải thích: “Bất kỳ vật liệu mềm nào cũng sẽ hiển thị độ trễ này khi tiếp xúc”. Lars Pastewka, một nhà vật lý ở khoa kỹ thuật hệ thống vi mô tại Freiburg. “Băng dính và giấy ghi chú dễ dàng gắn vào nhưng khó tách ra.”
Năm 1966, các nhà khoa học tìm cách giải thích hành vi này đã phát triển một quy tắc ngón tay cái gọi là tiêu chí Dahlquist. Tiêu chí này phát biểu rằng nếu một vật liệu rất mềm – điều mà Pastewka nói đôi khi được dịch là yêu cầu mô đun Young nhỏ hơn 0.1 MPa – thì nó sẽ “liên kết” khi bị đẩy vào tiếp xúc, và nó sẽ duy trì “liên kết” này khi được thả ra.
Trong nghiên cứu mới, Pastewka cho biết: “Chúng tôi chứng minh rằng không có 'liên kết' thực sự, nhưng độ nhám đó sẽ ghim chặt đường tiếp xúc, mang lại lời giải thích vật lý cho tiêu chí Dahlquist.”
Sự mất ổn định “trượt” làm tiêu hao năng lượng
Để đi đến kết luận này, Pastewka và các đồng nghiệp tại Freiburg và livCụm xuất sắc của MatS đã phát triển các mô hình kết hợp các lĩnh vực kỹ thuật và vật lý khác nhau lại với nhau. Những chuỗi này bao gồm cơ học tiếp xúc và đứt gãy tiêu chuẩn cũng như nghiên cứu trừu tượng hơn về các đường đàn hồi trong môi trường ngẫu nhiên (một chủ đề nằm trong nhánh vật lý liên quan đến các hệ thống phức tạp). Kết quả của những mô hình này cho thấy những “bước nhảy” riêng biệt được gọi là sự mất ổn định dính-trượt xảy ra khi chu vi của các vật đàn hồi tiếp xúc với nhau.
Những sự mất ổn định trượt thanh này tiêu tán năng lượng và dẫn đến hiện tượng trễ, và Pastewka nói rằng lý thuyết và nhóm mô hình hóa của ông tại Freiburg đã đưa ra giả thuyết rằng chúng cũng có thể đóng một vai trò trong sự bám dính. “Để xác nhận điều này, chúng tôi đã yêu cầu các đồng nghiệp thử nghiệm tại Akron kiểm tra các phép đo của họ,” ông nói. “Họ cũng nhìn thấy những bước nhảy này.”
Những giả thuyết trước đây
Các nhà khoa học trước đây đã đề xuất rằng hiện tượng trễ bám dính trong chất rắn mềm có thể là do sự tiêu tán năng lượng nhớt đàn hồi – tức là năng lượng bị mất đi do nhiệt khi vật liệu biến dạng trong quá trình tiếp xúc. Nếu vật liệu nén lại khi tiếp xúc và giãn nở khi giải phóng, những tổn thất năng lượng này sẽ chống lại chuyển động của bề mặt tiếp xúc, làm tăng lực dính trong quá trình tách.
Một lời giải thích khác tập trung vào một quá trình gọi là lão hóa tiếp xúc, liên quan đến sự hình thành các liên kết hóa học trên bề mặt tiếp xúc. Theo giả thuyết này, thời gian tiếp xúc tồn tại càng lâu thì độ bám dính sẽ càng lớn.
Mặc dù cả hai cách giải thích đều có vẻ hợp lý về mặt vật lý, nhưng “Các mô phỏng của chúng tôi cho thấy độ trễ quan sát được có thể được giải thích mà không cần đến các cơ chế tiêu tán năng lượng cụ thể này,” cho biết. Antoine Sanner, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Freiburg, người đã thực hiện phần lớn công việc lý thuyết của nghiên cứu. “Nguồn tiêu tán năng lượng duy nhất trong mô hình số của chúng tôi là chuyển động nhảy vọt đột ngột của cạnh tiếp xúc, gây ra bởi độ nhám của bề mặt.”
Đơn giản hóa việc thiết kế chất kết dính
Bởi vì các hệ thống vật liệu được thiết kế để dính thường cũng được thiết kế để có tính đàn hồi nhớt, Pastewka cho biết công trình mới có thể đơn giản hóa việc thiết kế các chất kết dính (có thể đảo ngược). Những chất kết dính như vậy có thể được sử dụng trong quá trình vận động của robot mềm, nơi cần kiểm soát khả năng chịu tải của các chi tiếp xúc của robot. Một ứng dụng khác có thể là hệ thống gắp và đặt cho các nhà máy sản xuất đang ngày càng dựa vào robot mềm.
Bong bóng làm cho băng dính chặt hơn
Các quá trình được mô tả trong nghiên cứu này cũng bị ảnh hưởng bởi các cầu nối nước giữa các bề mặt và các nhà nghiên cứu cho biết họ hiện đang khám phá ảnh hưởng của nước đến độ bám dính – đặc biệt là ở dạng bám dính mao mạch. Pastewka nói: “Vì nước có ở khắp mọi nơi nên tôi tin rằng hầu hết các mối nối dính ít nhất ở một mức độ nhất định đều được trung gian bởi nước”. “Do đó, chúng tôi có thể xây dựng các mô hình tương tự (và thậm chí đơn giản hơn) cho các mao mạch ở các bề mặt.”
Tất cả những điều này là một kết quả có phần đáng ngạc nhiên đối với một dự án nghiên cứu mà theo Pastewka, ban đầu tập trung vào điện ma sát – hiện tượng trong đó các bề mặt tiếp xúc với nhau sẽ bị tích điện. Hiệu ứng này có thể được khai thác để thu năng lượng và nó cũng liên quan đến quá trình tích tụ các đám mây khi có giông bão và tạo ra sét. Pastewka nói: “Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng điện tích xảy ra theo các kiểu cụ thể trên các giao diện và chúng tôi nghĩ rằng điều đó có thể liên quan đến cách các giao diện tách ra”. Thế giới vật lý. “Đây là lý do tại sao chúng tôi quyết định xem xét chi tiết các quá trình tách rời và phát hiện ra sự mất ổn định trượt”.
Công việc được trình bày chi tiết trong Những tiến bộ khoa học.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://physicsworld.com/a/sticky-materials-un-stick-themselves-in-jumps/
