Più piccolo è l'oggetto, soprattutto a livello atomico o subatomico, lo straniero si comporta. Per esempio, man mano che i dispositivi tecnologici diventano sempre più piccoli, le parti ancora più piccole sono più soggette ad adesione o "appiccicosità". Quando parti di piccole dimensioni entrano in contatto, si uniscono spontaneamente e non possono essere facilmente separati. Però, una recente ricerca presso l'Università di Pittsburgh potrebbe "sbloccare" il problema e migliorare la prossima generazione di microdispositivi sempre più utilizzati nella vita di tutti i giorni.

"Le superfici tendono ad attrarsi l'un l'altra tramite interazioni elettroniche o chimiche, "dice Tevis Jacobs, assistente professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali presso la Swanson School of Engineering di Pitt. "Questo è particolarmente problematico quando le cose diventano piccole. Puoi vederlo quando macina il caffè. I chicchi interi non si attaccano al lato del macinino, ma una bella macinatura si attaccherà a tutto, soprattutto in una giornata asciutta."

Il Dr. Jacobs è il ricercatore principale per lo studio "Understanding and Leveraging the Effect of Nanoscale Roughness on Macroscale Adhesion, " che ha ricevuto $ 305, 123 della National Science Foundation (NSF) per misurare la rugosità superficiale e caratterizzare la relazione fondamentale tra adesione e rugosità a piccole dimensioni. Il dottor Jacobs e il suo team determineranno quando i piccoli oggetti preferiscono restare uniti.

"Una ragione per cui le parti piccole si attaccano più facilmente delle parti grandi è il rapporto superficie-volume, " dice il dottor Jacobs. "Per grandi parti, c'è molto volume rispetto alla superficie, quindi l'adesione è relativamente debole rispetto alle forze del corpo, come la gravità. Quando le parti diventano piccole, le forze di superficie diventano più grandi rispetto alle forze del corpo e le parti si attaccheranno spontaneamente".

Per molti materiali di ingegneria, aumentare la rugosità della superficie di un oggetto renderà meno probabile che le piccole parti si attacchino tra loro. La ragione generale per cui la rugosità riduce l'adesione è ben nota.

"Immagina un cubo con i lati di un pollice seduto su un tavolo. Se le superfici sono perfettamente piatte, quindi entrerà in contatto con il tavolo su un'area di un pollice quadrato, " Spiega il Dr. Jacobs. "Se macini la superficie con carta vetrata e la rimetti sul tavolo, la rugosità impedirà il contatto ravvicinato in alcune zone. Infatti, il cubo potrebbe essere supportato solo da un piccolo numero di punti di contatto. La "vera area di contatto" può essere 1000 volte più piccola di un pollice quadrato".

Il team di ricerca di Pitt sta sviluppando e testando modelli analitici e numerici per essere in grado di effettuare previsioni quantitativeJacobs Alt Adhesion Int di adesione tra superfici ruvide. Questo lavoro guiderà anche gli ingegneri nella modifica intenzionale della rugosità per raggiungere il livello di adesione desiderato.

Una migliore comprensione di come ridurre la viscosità in piccole dimensioni avrà probabilmente il maggiore impatto sui microdispositivi, comunemente utilizzati nell'elettronica di consumo, dispositivi biomedici, l'industria dei semiconduttori, e applicazioni di difesa. La ricerca è applicabile anche alle nuove tecniche di produzione sperimentate per creare questi microdispositivi, consentendo ai produttori di evitare problemi di adesione.

"Un classico esempio di adesione che causa un problema è il Digital Micromirror Device di Texas Instruments, " dice il dottor Jacobs. "Questo proiettore, come quello usato negli auditorium, coinvolge una serie di dispositivi microelettronici che muovono minuscoli specchi per far funzionare il proiettore. Il prodotto è stato quasi completamente annullato dall'adesione nei dispositivi microelettronici. Rimarrebbero bloccati in una posizione specifica e non sarebbero in grado di muoversi, con conseguente "pixel bloccato" sul display."

I ricercatori di Pitt non stanno solo comprendendo la rugosità superficiale e il suo effetto sull'adesione della superficie, stanno anche sviluppando metodi per modificare i microdispositivi per ottenere un livello di adesione desiderato.

"Esistono molti modelli diversi che descrivono rugosità e adesione, ma nessuno è ben verificato sperimentalmente, " afferma il Dr. Jacobs. "Stiamo utilizzando tecniche nuove di zecca per misurare la rugosità, sperimentare diversi tipi di rugosità, e per misurare l'adesione risultante. Il nostro obiettivo è testare i modelli esistenti di adesione e rugosità e stabilire nuovi modelli più quantitativi e predittivi".

Nel 2015, Il Dr. Jacobs ha ricevuto una sovvenzione NSF per osservare e misurare la struttura superficiale atomica dei nanomateriali utilizzando la microscopia elettronica. Questo nuovo studio si basa sulla sua ricerca passata e impiegherà una combinazione di microscopia elettronica a trasmissione per caratterizzare scale superficiali precedentemente non misurate e un tester micromeccanico personalizzato per misurare l'adesione superficiale.