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万博ANSYS的博客

2020年4月24日

粘合剂是如何工作的?粘性的科学

压敏胶带可用于各种情况下，从创建艺术品，密封包装拯救了阿波罗13号宇航员的生命。虽然这些产品无处不在，但我万博网们中的许多人仍然想知道:粘合剂是如何起作用的，是什么让东西粘起来的?

事物粘在一起的条件背后的科学是令人着迷的。这就是为什么我们很多人小时候玩胶带、口香糖和胶水的原因。

对一些人来说，这种好奇心扩大了，对粘性的积极研究推动了化学、生物医学和电子工业的发展，证明了这一点。

例如，阅读我们最近出版的《自然研究》科学报告:粗糙表面弹性粘接接触的二维有限元分析。

因此，基于这项研究，让我们一劳永逸地回答这个问题:为什么东西会粘?

粘合剂是如何工作的，为什么东西是粘的?我们很多人都对此感到疑惑。

粘合剂是如何工作的?

物体的粘性取决于其表面与其他表面密切接触的能力。如果两个表面有足够的接触，它们的原子间作用力就像魔术贴一样把两个表面粘在一起。

为什么胶带的一端粘在盒子上而另一端不粘在手上?
这是因为在胶带的一侧添加了一种柔性聚合物。

对于像金属这样的硬材料，表面粗糙度达到纳米就可以消除粘性的影响。更柔顺的材料，如橡胶和聚合物，只要表面粗糙度小于一微米，就能保持粘性。

对于胶带，一层非常薄的高度柔顺的聚合物驻留在一侧。使胶带能与各种干燥的表面紧密接触。这就解释了为什么胶带会粘在我们手上，尽管我们的手掌上有粗糙的纹路。

胶带的另一边，也就是没有柔性聚合物的那一面，其硬度无法克服我们双手的粗糙。因此，它不能形成亲密接触，保持不粘性。

工程师需要理解是什么让事情变得粘稠

为了更好地理解粘性背后的科学原理及其潜在的好处，工程师们经常研究自然界中的物体和生物。

例如，壁虎蜥蜴已经进化出脚底的填充物，可以粘在各种干燥的表面上。这使它们能够轻松地爬上墙壁和玻璃板。

一些植物，如莲花，已经进化出了表面纹理，以尽量减少粘性(或润湿性)的影响。这使它们能够排斥水滴。

更好地理解这些现象有助于提高日常生活质量。例如，模仿莲花植物可以帮助工程师开发医用无菌表面，防止潮湿和细菌生长。

此外，减少或增加粘性的研究可以帮助工程师开发更好的传感器、食品科学和制造技术。

通过研究大自然的粘性，工程师可以学习如何制造更好的产品。万博网

如何模拟粘性

研究如何控制粘性的工程师需要复杂的计算模型来模拟导致表面相互粘在一起的原子间作用力。这些模型还必须能够精确地表示纳米级表面的纹理或轮廓。

花粉粘在物体表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。花粉具有有纹理的穗状物，使其能够附着在昆虫的毛发上。

这些模拟可以使用的高度非线性，和大的模型能力万博Ansys机械。然后，工程师可以利用用户可编程功能(upf)来定制系统的材料、负载和接口体，以研究物体的连接方式。机械力学在纳米尺度上模拟表面之间复杂相互作用的能力，具有大量的弹性不稳定性，使问题易于管理。

利用这些模拟，工程师可以通过控制以下因素来增强或最小化表面粘附的影响:

  • 表面配置文件
  • 接口主体的遵从性
  • 材料的选择

这有助于他们研究粘滞和摩擦等现象——这是传感器和生物植入物开发中的一个常见挑战。

如果你还在想:为什么东西会黏?了解如何制作模型来测试自己的现象，阅读我们最近的出版物《自然研究》科学报告:粗糙表面弹性粘接接触的二维有限元分析。

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