Pneus agarrando a estrada. Sapatos antiderrapantes que evitam quedas. Uma mão pegando uma caneta. Uma lagartixa escalando uma parede.

Todas essas coisas dependem de uma superfície macia aderindo e se soltando de uma superfície dura, uma interação comum, mas compreendida de forma incompleta. Nova pesquisa publicada em Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) encontra o elo que faltava entre a adesão da superfície macia e a aspereza da superfície dura que ela toca. O papel, "Vinculando a perda de energia na adesão suave à aspereza da superfície, "(DOI:10.1073 / pnas.1913126116) foi publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences e foi coautor de Siddhesh Dalvi, Abhijeet Gujrati, Subarna R. Khanal, Lars Pastewka, Ali Dhinojwala, e Tevis D.B. Jacobs.

Dr. Jacobs, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Escola de Engenharia Swanson da Universidade de Pittsburgh, e Dr. Dhinojwala, reitor interino e H.A. Morton Professor de Ciência de Polímeros na Faculdade de Ciência de Polímeros e Engenharia de Polímeros da Universidade de Akron, usaram medições microscópicas in situ do tamanho do contato para desvendar a física fundamental de como a rugosidade afeta a adesão de materiais moles.

"Uma lagartixa subindo por uma parede vertical é um excelente exemplo de como a natureza desenvolveu uma solução para aderir a superfícies ásperas, "diz Dhinojwala." A chave para conseguir essa adesão em superfícies ásperas é o contato molecular. O material macio pode se conformar com superfícies ásperas e criar o contato molecular necessário para aderir bem. Precisamos de uma compreensão fundamental dos parâmetros que controlam a adesão a superfícies ásperas e a física subjacente. "

O processo tem duas partes diferentes:o que acontece quando você carrega o contato e o que acontece quando você o separa.

Teorias anteriores propuseram como a rugosidade afeta a primeira metade do processo, mas não oferece nenhuma visão sobre a segunda metade. Este problema é chamado de "histerese de adesão, "significando que o contato da superfície macia se comporta de maneira diferente quando encontra a superfície áspera, em vez de quando puxado. Uma maneira de pensar sobre a histerese de adesão é pensar em uma pequena bola de borracha. Pressionar a bola contra uma superfície dura expande a área de contato; soltar fará com que a área encolha novamente, mas não de uma forma previsível, maneira simétrica. Esta descoberta marca o primeiro modelo de adesão áspera que pode prever ambos.

A chave para esta descoberta fundamental é um olhar mais atento sobre a própria superfície áspera - muito, muito perto.

"As pessoas medem a rugosidade há cem anos, mas as técnicas convencionais não conseguem ver os pequenos detalhes, "diz Jacobs." Nós ampliamos, combinando várias técnicas, para medir a aspereza em cima de aspereza em cima de aspereza. A textura desce para a escala atômica para muitas superfícies. "

O grupo desenvolveu uma nova abordagem usando um microscópio eletrônico para medir a rugosidade abaixo da escala de um nanômetro. Uma das superfícies neste estudo parecia muito mais lisa do que duas outras quando medida usando técnicas convencionais; Contudo, quando medido na escala atômica, provou ser o mais difícil de todos. Esta rugosidade em pequena escala criou muito mais área de superfície para o material macio agarrar. A compreensão detalhada da superfície rugosa era o elo que faltava para explicar o comportamento de adesão previsto das superfícies.

"Nossa pesquisa respondeu a uma questão importante, mas em outro sentido, abriu uma nova linha de investigação, "diz Jacobs." Há muitas questões interessantes sobre o que realmente significa para as superfícies estarem 'em contato' e como ligar o que está acontecendo em escala atômica com o que observamos em tamanho real, contatos do mundo real. E estamos ansiosos para continuar respondendo. "