Quanto menor o objeto, especialmente no nível atômico ou subatômico, o estranho se comporta. Por exemplo, conforme os dispositivos tecnológicos se tornam cada vez menores, as partes ainda menores são mais propensas a aderência ou "pegajosidade". Quando peças de pequeno tamanho entram em contato, eles se unem espontaneamente e não podem ser facilmente separados. Contudo, pesquisas recentes da Universidade de Pittsburgh podem "desvendar" o problema e melhorar a próxima geração de microdispositivos cada vez mais usados ​​na vida cotidiana.

"As superfícies tendem a se atrair por meio de interações eletrônicas ou químicas, "diz Tevis Jacobs, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Escola de Engenharia Swanson de Pitt. "Isso é particularmente problemático porque as coisas ficam pequenas. Você pode ver isso quando você mói o café. Os grãos inteiros não grudam na lateral do moinho, mas uma boa moagem vai aderir a tudo, especialmente em um dia seco. "

O Dr. Jacobs é o investigador principal do estudo "Compreendendo e Alavancando o Efeito da Rugosidade em Nanoescala na Adesão à Macroscala, "que recebeu $ 305, 123 da National Science Foundation (NSF) para medir a rugosidade da superfície e caracterizar a relação fundamental entre adesão e rugosidade em tamanhos pequenos. Dr. Jacobs e sua equipe determinarão quando os objetos minúsculos preferem ficar juntos.

"Uma razão pela qual as peças pequenas aderem mais facilmente do que as grandes é a relação superfície / volume, "diz o Dr. Jacobs." Para peças grandes, há muito volume em relação à superfície, então a adesão é relativamente fraca em comparação com as forças do corpo, como a gravidade. Quando as peças ficam pequenas, as forças da superfície tornam-se maiores em relação às forças do corpo e as partes aderem espontaneamente. "

Para muitos materiais de engenharia, aumentar a rugosidade da superfície de um objeto tornará menos provável que as partes pequenas grudem umas nas outras. A razão geral pela qual a rugosidade reduz a adesão é bem conhecida.

"Imagine um cubo com lados de 2,5 cm sobre uma mesa. Se as superfícies forem perfeitamente planas, então ele fará contato com a mesa em uma área de uma polegada quadrada, "Dr. Jacobs explica." Se você polir a superfície com uma lixa e colocá-la de volta na mesa, a aspereza impedirá o contato próximo em algumas áreas. Na verdade, o cubo pode ser suportado por apenas um pequeno número de pontos de contato. A "área de contato real" pode ser 1000 vezes menor do que uma polegada quadrada. "

A equipe de pesquisa da Pitt está desenvolvendo e testando modelos analíticos e numéricos para poder fazer previsões quantitativas Jacobs Alt Adhesion Int de adesão entre superfícies ásperas. Este trabalho também orientará os engenheiros na modificação intencional da rugosidade para atingir o nível desejado de adesão.

Uma melhor compreensão de como reduzir a viscosidade em tamanhos pequenos provavelmente terá o maior impacto nos microdispositivos, que são comumente usados ​​em eletrônicos de consumo, dispositivos biomédicos, a indústria de semicondutores, e aplicações de defesa. A pesquisa também se aplica às novas técnicas de fabricação que foram pioneiras para criar esses microdispositivos, permitindo que os fabricantes evitem problemas relacionados à adesão.

"Um exemplo clássico de adesão que causa problemas é o Digital Micromirror Device da Texas Instruments, "Dr. Jacobs diz." Este projetor, como o usado em auditórios, envolve uma série de dispositivos microeletrônicos que movem pequenos espelhos para fazer o projetor funcionar. O produto foi quase totalmente desfeito por adesão nos dispositivos microeletrônicos. Eles ficariam presos em uma posição específica e seriam incapazes de se mover, resultando em um 'pixel preso' na tela. "

Os pesquisadores da Pitt não estão apenas entendendo a rugosidade da superfície e seu efeito na adesão da superfície, eles também estão desenvolvendo métodos para modificar os microdispositivos para atingir o nível desejado de adesão.

"Existem muitos modelos diferentes que descrevem rugosidade e adesão, mas nenhum é bem verificado experimentalmente, "diz o Dr. Jacobs." Estamos usando novas técnicas para medir a rugosidade, para experimentar diferentes tipos de rugosidade, e medir a adesão resultante. Nosso objetivo é testar os modelos existentes de adesão e rugosidade e estabelecer novos modelos que sejam mais quantitativos e preditivos. "

Em 2015, O Dr. Jacobs recebeu uma bolsa da NSF para observar e medir a estrutura da superfície atômica dos nanomateriais usando microscopia eletrônica. Este novo estudo baseia-se em suas pesquisas anteriores e empregará uma combinação de microscopia eletrônica de transmissão para caracterizar escalas de superfície não medidas anteriormente e um testador micromecânico personalizado para medir a adesão de superfície.