Bàn chân thạch sùng - Vật liệu Nano

* Molecular scale : nguyên t + phân tử ử
giúp con ng i hi u nh ng thu c tính c ườ ể ữ ộ ơ
b n c a v t ch t ả ủ ậ ấ  hóa h c t ng quát ọ ổ
(h u c , vô c …), Hóa h c l ng t , c ữ ơ ơ ọ ượ ử ơ
h c l ng t …ọ ượ ử
* Micro, Meso, Macro scale : tr ng thái ạ
c m, m ng, kh i… ụ ả ố  V t lý ch t r n, c ậ ấ ắ ơ
h c Newtonọ
* Nano scale : ???

•
Khi v t li u thu nh đ n kích th c ậ ệ ỏ ế ướ NANO:
các tính ch t : hóa h c, v t lý, c , quang, đi n, ấ ọ ậ ơ ệ
t , đ u thay đ i so v i ừ ề ổ ớ tr ng thái vĩ môạ
•
Ex :
* nano Al : xúc tác cho nhiên li u tên l aệ ữ
* nano Ag
* nano Au
* nanocomposite
…….

•
ARISTOS’s question !

Hình 1: (A) Con th n l n Tokayằ ằ (gekko gecko); (B) nh ng lá m ng v t ữ ỏ ắ
ngang bàn chân nhìn t d i lên; (C) lá m ng là nh ng c m lông có ừ ướ ỏ ữ ụ
th t hình bàn ch i đánh răng; (D) s i lông chính tua ra nh ng s i ứ ự ả ợ ữ ợ
lông con có hình d ng nh cây ch i quét nhà; (E) nh ng s i lông con ạ ư ổ ữ ợ
và (F) c u trúc s i nano nhân t o [1].ấ ợ ạ

Hình 2: C u trúc v i nhi uấ ớ ề th b c c a s i lông bàn chân th n l nứ ậ ủ ợ ằ ằ
(xem thêm Hình 1D, E).
S i lông con r t m m nên có th bám sát vào m t n nợ ấ ề ể ặ ề
l i lõm r t hi u qu [4].ồ ấ ệ ả

G n 200 năm qua, đã có ầ 7 c chơ ế đ c đ ngh :ượ ề ị
* bám dính do keo
* s c hút (suction) ứ
* ma xát
* cài vào nhau (interlocking)
* tĩnh đi n ệ
* l c mao qu n ự ả
•
l c hút van der Waalsự
Năm đ ngh đ u tiên không có s c thuy t ph c, vì:ề ị ầ ứ ế ụ
•
bàn chân không ti t ra ế ch t keoấ
•
c u t o vi mô không cho th y d u hi u nào t o ra ấ ạ ấ ấ ệ ạ s c hútứ hay l c ự
ma xát
•
ngón chân không có móc nên không th cài vào m t n nể ặ ề
•
có th đi trên các lo i m t b ng có hay ể ạ ặ ằ không có tĩnh đi nệ
=> hai kh năng còn l i là ả ạ l c mao qu nự ả và l c hút van der Waalsự
C ch bám dínhơ ế

"Adhesive force of a single gecko
foot-hair“
K. Autumn, Y. A. Liang, S. T. Hsieh, W. Zesch, W. P. Chan,
T. W. Kenny, R. Fearing and R. J. Full, Nature, 405 (2000)
681.
(Lewis & Clark College, M ) ỹ
xác nh n : s bám dính c a bàn chân th n l n là do l c ậ ự ủ ằ ằ ự
hút van der Waals
Theo lý thuy t, l c van der Waals t l ngh ch ế ự ỷ ệ ị theo lũy th a 7ừ v i ớ
kho ng cách. ả
s gia gi m c a l c hút r t nh y v i kho ng cách, n u ta đ t ự ả ủ ự ấ ạ ớ ả ế ặ
hai m t ph ng xa g p đôi thì l c gi m đi 128 l n ặ ẳ ấ ự ả ầ
(= 2x2x2x2x2x2x2).
S l i lõm m t vài micromét (100 l n nh h n s i tóc) t o ra ự ồ ở ộ ầ ỏ ơ ợ ạ
k h gi a hai m t ph ng cũng đ làm tri t tiêu l c van der ẽ ở ữ ặ ẳ ủ ệ ự
Waals.
=> không nhìn th y l c van der Waals trong sinh ho t h ng ngày. ấ ự ạ ằ

n u b m t đ c c i bi n thành m t b m t có c u trúc ế ề ặ ượ ả ế ộ ề ặ ấ
s i nano, di n tích ti p xúc s gia tăng hàng tri u hàng ợ ệ ế ẽ ệ
t l n. L c hút van der Waals cũng tăng theo di n tích ỷ ầ ự ệ
ti p xúc đ a ra khái ni m m i v s bám dính: ế ư ệ ớ ề ự s bám ự
dính khô (dry adhesion).
l c hút van der Waals ch xu t hi n gi a hai v t th khi đ c đ t "sát" ự ỉ ấ ệ ữ ậ ể ượ ặ ở
kho ng cách nanomét. Trong tr ng h p bàn chân th n l n, đ t o m t l c ả ườ ợ ằ ằ ể ạ ộ ự
bám h u hi u kho ng cách gi a các s i lông con và m t n n nhi u nh t là 2 ữ ệ ả ữ ợ ặ ề ề ấ
nm
Trên 2 nm, l c van der Waals bi n m t. ự ế ấ
l c van der Waals y u h n các l c khác trong liên k t hóa h c ự ế ơ ự ế ọ
(chemical bonding) nh n i c ng hóa tr , n i ion, nh ng vì b m t ư ố ộ ị ố ư ề ặ
ti p xúc c a c u trúc nano tr nên r t l n nên l c hút van ế ủ ấ ở ấ ớ ự
der Waals t o m t s c ch u đáng k ạ ộ ứ ị ể
di n tích bàn chân là 1 cm2 nên l c dính do l c van der Waals là ệ ự ự 1 kg/cm2
(K. Autumn )

- S bám dính khô do l c hút van der Waals khác bám ự ự
dính t (wet adhesion) dùng ch t keo thông th ng. ướ ấ ườ
- Bám dính t có liên quan đ n s th m t ướ ế ự ấ ướ
(wettability), s c căng b m t (surface tension) và năng ứ ề ặ
l ng b m t c a v t ch t ượ ề ặ ủ ậ ấ
S bám dính khôự
- Đ c tính c a bám dính khô v t ra ngoài nh ng chi ph i ặ ủ ượ ữ ố
c a đ nh lu t v "khoa hoc b m t" (surface science). Ch tùy ủ ị ậ ề ề ặ ỉ
thu c vào hình d ng, kích th c và thi t k c a c u trúc ộ ạ ướ ế ế ủ ấ
b m t nano - mà trong tr ng h p c a bàn chân th n l n là ề ặ ườ ợ ủ ằ ằ
hàng tri u nh ng s i lông con keratin - đ đ t đ n di n tích ệ ữ ợ ể ạ ế ệ
ti p xúc c c đ i ế ự ạ
=> s i nano c a m t k t dính nhân t o có th ch t o t b t ợ ủ ặ ế ạ ể ế ạ ừ ấ
c v t li u nào mi n sao cho b m t ti p xúc đ t đ n m t tr ứ ậ ệ ễ ề ặ ế ạ ế ộ ị
s l n nh t.ố ớ ấ

Autumn cùng các đ ng nghi p _ Ron Fearing và Robert Full ồ ệ
(University of California, Berkeley, M ) ỹ
t o ra m t b m t v i các lo i s i ạ ộ ề ặ ớ ạ ợ polyester hay silicon.
Trên m t di n tích 1 cm2, các tác gi t o m t b m t v i ộ ệ ả ạ ộ ề ặ ớ
200 tri u s i ệ ợ
nano polyester có đ ng kính 700 nm (nh h n s i tóc 100 ườ ỏ ơ ợ
l n) (Hình 1F). M c dù to h n s i lông con c a bàn chân th n ầ ặ ơ ợ ủ ằ
l n (10 -15 nm), c u trúc n y v n t o ra m t l c bám dính là 6 ằ ấ ầ ẫ ạ ộ ự
kg/cm2 n u t t c 200 tri u s i đ ng th i tác đ ng lên m t ế ấ ả ệ ợ ồ ờ ộ ặ
n n. ề

Xem chi tiết: Bàn chân thạch sùng - Vật liệu Nano