Нанотехнологии позволяют ходить по потолку

По телевидению или на фотографиях (а кто-то и вживую), наверное, многие видели, как ящерица геккон свободно разгуливает по стенам и потолку. Оказывается, разгадку секрета «прилипания» этой рептилии к отвесным плоскостям надо искать на атомарном уровне.
Принцип адгезионного контакта часто связан с проявлением взаимодействий типа «ключ–замок» между атомами и молекулами.
Художник Петер Грик. Реконфигурация IV, 2006 г. Источник: gric.at
Принцип адгезионного контакта часто связан с проявлением взаимодействий типа «ключ–замок» между атомами и молекулами.
Художник Петер Грик. Реконфигурация IV, 2006 г. Источник: gric.at
Дело в том, что на лапках ящерицы имеются тончайшие волоски, которые электризуются и работают подобно магнитам, что и помогает геккону совершать головокружительные пробежки. У специалистов даже появился термин: «геккон-адгезия», или обратимая сухая адгезия (от латинского adhaesio – прилипание: сцепление поверхностей разнородных тел).

На этом принципе сегодня создаются робототехнические и другие устройства – всевозможные электростатические прижимы, захваты. Именно используя этот принцип, пчелы переносят пыльцу растений (микро- и наночастички) на большие расстояния. Налипание вулканической пыли на корпус и двигатели самолетов, когда те пролетают сквозь облако вулканической пыли, тоже происходит за счет «геккон-адгезии».

Вообще, надо сказать, что с развитием наносистем, то есть систем, масштаб которых измеряется нанометрами – 10-6 м, интерес к свойствам соприкасающихся поверхностей вышел на качественно новый уровень. И адгезионные явления в наносистемах играют не последнюю роль. Если не ведущую.

Действительно, в нанотехнике и технологиях (создание различных устройств современной электроники, биочипов, элементов молетроники (молекулярной электроники), получении нанокомпозитов, процессах фотолитографии, изучении супрамолекулярных устройств адгезия – неизменный спутник.

Принцип адгезионного контакта часто связан с проявлением взаимодействий типа «ключ–замок» между атомами и молекулами. При этом «замок» может быть один, а «ключей» – несколько, да и «отмычку» можно подобрать. Например, взаимодействие клеток нейронов головного мозга с клетками, выполняющими обслуживающие функции, так называемые клетки глии (от греч. склеивать), строится именно по этому принципу. Кстати, большая часть объема нервной ткани (до 9/10 в некоторых областях мозга) занята именно глией, то есть «отмычек» действительно более чем достаточно!

Хотя адгезии присущи общие черты, у адгезии на микро- и наноуровне есть свои особенности. Например, при работе микродвигателей жидкая смазка приобретает свойства адгезива, что нарушает работу. Вклад межмолекулярных взаимодействий при прилипании наночастиц к твердым телам становится сравним с вкладом химических связей (ковалентные, ионные, донорно-акцепторные). Именно поэтому удаление мелких (менее 0,1 мкм) частичек пыли или порошков с поверхности твердых тел – задача непростая даже при современном уровне знаний и технологий.

Проблемы адгезии приходится учитывать при получении (выращивании) молекулярных слоев на различных подложках (молекулярно-лучевая эпитаксия); напылении тонких пленок на подложки в вакууме; при возникновении связей в новых материалах, таких как наночастицы, молекулярные магниты, квантовые точки, неметаллические кластеры.

Несколько лет назад американский исследователь Г.Двали с сотрудниками опытным путем установили, что гравитация действует и на нанодистанциях. Раньше вкладом гравитационных взаимодействий в прочность адгезионных соединений пренебрегали из-за их крайне ничтожных значений. Однако в микро- и наносистемах гравитационные эффекты становятся сопоставимыми с наблюдаемыми при работе на растровых микроскопах, когда порядок измеряемых сил колеблется от пико- до микроньютонов (10-12 – 10-6 Н).

В ряде случаев (адгезия мелких частичек к твердым телам) можно даже оценить значение «длины» возникающей связи. Однако, как это впервые было показано автором этих строк десять лет назад, важно знать еще и время, за которое образуются те или иные связи. Ведь некоторые процессы требуют огромных времен (эпитаксия в природе); другие протекают быстрее (сварка взрывом, трением); третьи идут практически мгновенно: образование оксидных пленок происходит за время менее 1 пикосекунды (10-12сек), а изображение на сетчатке глаза формируется менее чем за 1 фемтосекунду (10-12 сек).

И это вовсе не пустяки. Учет фактора времени образования связи позволил избавиться от налипания микроорганизмов к днищу речных и морских судов. Это позволяет направленно регулировать «залечивание» микротрещин в кристаллах, создавать сплавы, тормозящие развитие трещин (работы академика Иосифа Фридляндера с сотрудниками).

   
автор: Ю.М. Евкодимов
Кроме того...
Мост, длинной десятки километров
Эта грандиозная конструкция растянулась на десятки километров над морем, став самым большим в мире висячим мостом....
Terabyte Science - уникальный проект по сбору научных данных
Астрономы рассчитывают получать и...
Машины распознают объекты по-человечески
Агентство перспективных разработок министерства обороны США (DARPA), являющаяся центральной...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Нанотехнологии позволяют ходить по потолку
Нанотехнологии позволяют ходить по потолку Нанотехнологии позволяют ходить по потолку
По телевидению или на фотографиях (а кто-то и вживую), наверное, многие видели, как ящерица геккон свободно разгуливает по стенам и потолку. Оказывается
"Солнечный остров"
"Солнечный остров"
Представьте круглый плоский остров диаметром пять километров, который плавает на поверхности моря. Он величественно разворачивается вслед за передвижением дневного светила по небосклону
«Умные» инсулиновые наночастицы почти готовы к клиническим испытаниям
«Умные» инсулиновые наночастицы почти готовы к клиническим испытаниям «Умные» инсулиновые наночастицы почти готовы к клиническим испытаниям
Ингаляционная система из содержащих инсулин наночастиц определяет повышение сахара в крови и высвобождает инсулин, стабилизируя функцию поджелудочной железы
Межпланетный роуминг – реальность
Межпланетный роуминг – реальность Межпланетный роуминг – реальность
Российским НИИ космического приборостроения проведены испытания системы управления спутником при помощи мобильной связи
Изобретена компьютерная память со сроком службы 100 тысяч лет
Изобретена компьютерная память со сроком службы 100 тысяч лет Изобретена компьютерная память со сроком службы 100 тысяч лет
В США физики Пенсильванского университета разработали крошечные ми­крочипы, способные хранить данные в течение поистине астрономического промежутка времени - ста тысяч лет
В Сингапуре разработан мобильный детектор птичьего гриппа
В Сингапуре разработан мобильный детектор птичьего гриппа В Сингапуре разработан мобильный детектор птичьего гриппа
Сингапурские медики разработали портативный анализатор, который менее чем за 30 минут способен детектировать вирус птичьего гриппа
Авто на мускульной тяге получает кузов и электромоторы
Авто на мускульной тяге получает кузов и электромоторы Авто на мускульной тяге получает кузов и электромоторы
Американская компания HumanCar обнародовала рисунки своего нового экзотического "зелёного" проекта. На этот раз она представила автомобиль-гибрид
Новый скачок в развитии солнечных панелей
Новый скачок в развитии солнечных панелей Новый скачок в развитии солнечных панелей
Сейчас мы как никогда близки к альтернативному источнику энергии ценой всего 1$ за Ватт. Компания AVA Solar Inc
Южный полюс Марса - это огромный замороженный бассейн
Южный полюс Марса - это огромный замороженный бассейн Южный полюс Марса - это огромный замороженный бассейн
Группа ученых из Массачусетского технологического института определила, что запасы воды, находящиеся на южном полюсе Марса, самые большие из всех планет Солнечной системы без учета Земли
Твёрдые планеты поделили на 14 типов
Твёрдые планеты поделили на 14 типов Твёрдые планеты поделили на 14 типов
Группа американских учёных вычислила модели 14 типов твёрдых планет, которые могли бы существовать в звёздных системах нашей галактики
В НАСА составлен каталог потенциально обитаемых планет
В НАСА составлен каталог потенциально обитаемых планет В НАСА составлен каталог потенциально обитаемых планет
На основании последних научных данных, астрономы НАСА оставили новый каталог из 14 различных типов планет, которые в принципе могут содержать жизнь. Планеты в каталоге различаются по массе, диаметру
NASA воскрешает программу наблюдений за чёрными дырами
NASA воскрешает программу наблюдений за чёрными дырами NASA воскрешает программу наблюдений за чёрными дырами
Аэрокосмическое управление США (NASA) реанимирует программу Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) по наблюдению за чёрными дырами
Влияние музыки на человека
Влияние музыки на человека Влияние музыки на человека
Что происходит в нас под действием музыки? Что нового известно о веществах, вырабатываемых в мозге при восприятии музыки
Выявлен механизм атеросклероза
Выявлен механизм атеросклероза Выявлен механизм атеросклероза
Американские биохимики выявили молекулярный механизм, благодаря которому избыток холестерина способствует заболеванию атеросклерозом
Междометия-паразиты активизируют внимание слушателей
Междометия-паразиты активизируют внимание слушателей Междометия-паразиты активизируют внимание слушателей
"Ммм" и "эээ" активизируют внимание слушателей: сенсационное открытие шотландских ученых, которое переворачивает наши представления о междометиях-паразитах
Мобильные телефоны замедляют работу мозга
Мобильные телефоны замедляют работу мозга Мобильные телефоны замедляют работу мозга
Частое использование мобильного телефона приводит к снижению мозговой активности. К такому выводу пришли ученые из Австралии, Великобритании и Нидерландов
На морском дне нашли бактерию с уникальным обменом веществ
На морском дне нашли бактерию с уникальным обменом веществ На морском дне нашли бактерию с уникальным обменом веществ
Группа немецких и американских биологов и геохимиков обнаружила в отложениях на морском дне неизвестную ранее анаэробную бактерию
Ученые Хиросимы создали прозрачную лягушку
Ученые Хиросимы создали прозрачную лягушку Ученые Хиросимы создали прозрачную лягушку
Японские исследователи из Института биологии амфибий при Университете Хиросимы (Hiroshima University’s Institute for Amphibian Biology) создали прозрачную лягушку, у которой через кожу видны внутренние органы
Новый вид динозавра обнаружен в Монтане
Новый вид динозавра обнаружен в Монтане Новый вид динозавра обнаружен в Монтане
Скелет динозавра, найденный 24 года назад в Монтане, является новым видом
Изобретение шампуня
Изобретение шампуня Изобретение шампуня
В 2003 г. исполнилось 100 лет с момента изобретения шампуня. В начале 20-го века, в Германии, химик Ханс Шварцкопф впервые представил душистый фиалковый шампунь с логотипом в виде черноволосой головы
Гигантская Дьявольская Библия вернулась в Прагу
Гигантская Дьявольская Библия вернулась в Прагу Гигантская Дьявольская Библия вернулась в Прагу
Самый большой по размерам манускрипт Средневековья — Codex Gigas — выставлен на всеобщее обозрение в Чешской национальной библиотеке (Národní knihovna České republiky). Эта книга

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Изобретение шампуняИзобретение шампуня
    В 2003 г. исполнилось 100 лет с момента изобретения шампуня. В начале 20-го века, в Германии, химик Ханс Шварцкопф впервые представил душистый фиалковый шампунь с логотипом в виде черноволосой головы
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
034