【材制 | 视角】神奇材料壁虎皮

2021-11-28 22:28 作者:青春材制 0人读过 | 我要投稿

初原载于爱学习的青春材制

2021-11-28

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相信大家都有看过《碟中谍》系列电影，不知道大家是否被碟中谍4中阿汤哥戴着一副高科技手套轻松爬上迪拜大塔这个片段所震撼，大家都在质疑讨论这是真的吗？然而，在现实生活中，那是一副以壁虎皮为原材料的手套，也就是我们今天着重介绍的对象—壁虎皮。

壁虎是我们非常熟悉的一种生物，它能够在墙上随意行走，似乎完全不把重力放在眼里。那么它是如何实现这个操作的呢?在解密之前，肯定会有很多读者以为壁虎之所以能够爬在房顶上，那是因为它们的脚上有很多吸盘，在吸盘的作用下将壁虎的四只脚固定在墙上。如果你也是这么认为的话，那么你就错了。

1965年前，人类是一直这么认为的，直到美国科学家鲁道夫鲁伊瓦尔利用扫面电子显微镜对壁虎的脚掌进行扫描，却并没有发现吸盘的存在，也并不存在人们所猜测的钩子，而看到的是无数根细小的微米级的刚毛。

壁虎脚掌上的刚毛的主要组成是蛋白质，与我们的毛发类似，名为β-角蛋白。这些刚毛非常细小，在微米级别，并且在这些刚毛的末端还分叉出很多更加细小的纤毛，达到纳米的级别。一只壁虎的脚掌上覆盖着一层微小的刚毛，它们在接触到物体的表面后就会被压平，而数以百万计的纤毛加起来，其表面积的增加足以让壁虎在每一个接触点上都能利用微小的分子吸引力，从而使自己轻而易举地爬上墙壁。这种吸引力的产生与墙面是否光滑无关，因此，壁虎无论是在光滑的玻璃还是粗糙的树干上都能够行走自如。

壁虎这种特性令科学家们大受启发，如今已经应用在不同领域上。

1.超级粘合设备“壁虎皮肤”

“壁虎皮肤”具有高效、可逆、干性附着等特性。这款巴掌大小的设备附着于玻璃等光滑表面时，最重可承受317公斤。除了令人印象深刻的黏着力之外，该设备剥离起来也毫不费劲，可重复使用多次且不失效力。例如，其能被用于将重约18公斤的42英寸电视黏着于光滑的垂直面之上，而要使它与接触面分离只需用手轻轻一拖，就可再将其附着于其他需要的地方，即使多次使用也不会遗留痕迹。这种合成的新材料还可应用于医学和工业领域。

同时，制造“壁虎皮肤”黏着垫使用了聚二甲硅氧烷等常用材料，这也为开发经济、强劲而持久耐用的干性黏着剂点燃了希望。

2.太空抓手

6月28日，美国斯坦福大学研究人员报告中提到，受壁虎吸附墙壁原理启发，他们研制出一种能够抓住太空飘浮物体的机械抓手，有望在未来运用于清理回收太空垃圾。

近年来，太空垃圾数量迅速增长，导致现役卫星承受着越来越多的威胁，抓取并回收太空垃圾成为重要的研究方向。研究人员经5年研究研制出“壁虎抓手”，原理上可以抓取多种形状、大小、材料的太空垃圾，如太阳能电池板、飞船舱体、燃料箱外壳、火箭外壳等。这些抓手不仅可以帮助实施目前由宇航员完成的自动修复工作，而且在将来清理地球轨道的太空碎片时也能派上用场。