Experimentelle Untersuchung der optimalen Haftung von pilzähnlichen elastomeren Mikro- und Fibrillen-Adhesiven

Optimale Faserdesigns für die maximale Ablösekräfte sind unerlässlich zur Steigerung der Haftungsleistung von kürzlich eingeführten, gecko-inspirierten reversiblen Mikro-/Nanofibrillen-Adhesiven. Es gibt mehrere theoretische Studien zu solchen optimalen Designs; jedoch gab es aufgrund des Mangels an dreidimensionalen (3D) Fertigungstechniken, die solche optimalen Designs in 3D erzeugen können, nicht viele experimentelle Untersuchungen zu dieser Herausforderung. In dieser Studie profitierten wir von den jüngsten Fortschritten in der Zwei-Photonen-Lithographie, um pilzähnliche Polyurethan-Elastomerfasern mit unterschiedlichen Aspektverhältnissen von Spitze zu Stängeldurchmesser (β) und Spitzenkeilwinkeln (θ) herzustellen, um den Einfluss dieser beiden Parameter auf die Ablösekräfte zu untersuchen. Wir fanden ähnliche Trends wie theoretisch vorhergesagt. Wir fanden, dass β einen Einfluss auf die Steigung der Kraft-Versetzungs-Kurve hat, während sowohl β als auch θ eine Rolle in der Spannungsverteilung und Rissausbreitung spielen. Diese Effekte sind gekoppelt und der optimale Satz von Parametern hängt auch vom Faser-Material ab. Dies ist die erste experimentelle Verifizierung solcher für pilzähnliche Mikrofasern vorgeschlagenen optimalen Designs. Dieser experimentelle Ansatz könnte verwendet werden, um eine breite Palette komplexer, mikrostrukturierter Adhesiv-Designs aus der Literatur zu bewerten und zu optimieren.