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运用日本剪纸技术,美研制出超强且易清除胶带

弗吉尼亚理工大学对胶带进行多个U字型裁切后,既可增强胶带黏着力,又便于清除。(Alex Parrish for Virginia Tech)

胶带用途广泛,不管是工业、商业还是居家,都离不开胶带。不过,一些强力胶带因为不易清除,又耗时费力,给人带来许多烦恼。美国一所大学利用日本剪纸技术,让普通胶带不仅拥有强大黏力,且又容易清除。

胶带的历史可追溯到1920年代。当时为了能使汽车油漆工喷涂车身,人们发明的遮蔽胶带。慢慢地又陆续发明其它变体胶带,包括包装礼物的透明胶带、用于覆盖电线的电工胶带,以及管道胶带等。

后来,科学家采用许多控制黏附力的办法,包括调整胶带上的胶水化学性质、或改变其胶带材质来强化黏性,但这些经过强化的胶带,却变难以撕下来,既使撕下来也容易有残胶黏附在物体上面,且难以重复利用。

美国弗吉尼亚理工大学(Virginia Tech)机械工程团队通过对胶带进行物理切割,在不改变胶带和胶水的化学性质前提之下,达到强化胶带的黏着性和易撕性。这项新研究6月22日发表在《自然材料》(Nature Materials)杂志上。

他们的研发灵感源自于日本的剪纸艺术。日本剪纸艺术的特点是通过折叠和切割,将一张原本平板纸变成某种形状甚至三维物体,孩子们在制作纸雪花时经常使用这种方法。

研究人员对含有聚二甲基硅氧烷(PDMS)黏合剂的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材质的胶带,进行多种样式的切割和比较。发现有U型和箭头型切割的胶带黏性增加最多,而V型次之,最差是一字,但箭头型和V型的黏合方向性过强,不适合快速剥离胶面,因此采用黏合方向适中的U型。

研究团队对胶带切割多个同一方向的U型裂纹后,这一举动可以让这种胶带黏附力,比无切割过的胶带提高60倍,且还可重复使用。另外,这种增强的附着力可以进行超过100次的撕黏周期,都不会有巨大的改变。

这种方法也可使胶带轻松被撕下,只要对准胶带U型的开口面做撕开的动作,就能轻松把胶带从物体上取下,若对U型开口进行反面撕开的动作,则会增加胶带在物体上的黏附能力。

研究团队还对包装胶带、医用胶带等各种胶带进行测试。发现胶带的类型并不重要,只要在胶带上切割出固有的几何形,都能达到在不依赖特定的化学、环境条件(潮湿或干燥)的情况下,调节胶带的黏合力。

实验结果显示,当对胶带做逆U型方下撕开时,U型切口和U型切口之间的缝隙会先被撕下,而U型切口地方几乎不动,这导致撕下胶带的力度需要增加,且胶带也不会出现直线分离。

胶带的前后两个U型与左右U型的切割距离,都会影响胶带的黏着力。若两者距离过近,会导致这种U型切割带来的功能性降低。另外,实验中发现这种U型与U型之间的距离带来的影响,与胶带之间的材料、黏着剂和环境湿度关系不大。

研究团队的研究员表示,“真正改变胶带特性的是切口的形状和大小,因此我们不必依赖特定的黏合剂材料。不过,我需要按照黏合剂的物理特性和特征,进行不同尺寸的切割。”

研究人员把切割过的胶带分布在手套、砖头和机械臂上,发现确实能够有效的增强这些物体的抓力。

实验结果证实,胶带可重复使用,可在未来用于抓取机器人、牢固附着但易于拆卸的设备、监测医疗健康可穿戴电子产品等方面上,既可减少组装和拆卸造成的浪费,又便于回收作业。

该校的机械工程系助理教授迈克尔·巴特利特(Michael Bartlett)说,“我们意识到,可以通过胶带的切口控制胶带的分离方式,这使得黏合剂变得非常坚固且易于去除。这是一项不寻常的发现。”

他还表示,对未来粘合剂的研发来说,这一工艺及其特性令人兴奋。

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