伊利诺伊大学香槟分校 安装在微机电系统机械测试设备上的一种聚合物纳米纤维，其尺寸小于人类头发的百分之一
插图显示了两个垂直放置的装置，因此可以在接触的交叉点同时测量附着力和摩擦力
学分:伊利诺伊大学香槟分校 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员使用一种小到足以安装在大头针头部的设备，获得了关于纳米尺度聚合物纤维特性的新知识，这些知识可以为由随机细丝网络组成的产品的设计和制造提供信息，例如用于阻止外来颗粒进入我们肺部的坚固过滤器
“在生物和生物工程系统中，相互连接的细丝网络无处不在，例如结缔组织、蜘蛛网和组织生长的支架，以及消费产品，如空气过滤器，”德克萨斯大学航空航天工程系博士后德巴什·达斯说
“这项研究为纳米尺度下粘附和摩擦的耦合方式提供了直接的实验见解
相似材料的纳米级纤维彼此紧密粘附，这使得分离变得困难
而且，即使它们被强行分开，它们也会自发地粘在一起
获得对这些现象的实验见解可以对设计坚固、有弹性和坚韧的软纳米纤维网络产生直接影响
" 达斯解释说，当我们在微观和纳米尺度上检查纤维和其他表面时，景观会发生变化
“当我们从肉眼可见的宏观长度尺度到微观和纳米长度尺度越来越小时，颗粒和纤维的表面积与体积相比减少得越来越慢，所有东西都变得越来越粘
" 在一个由数以百万计的交叉纳米纤维组成的网络中，达斯进行了实验，以找出其中一个重叠的连接处发生了什么，并测量将两根纤维拉开或滑动所需的力
他的一根纳米纤维的直径比人类的头发小一百倍以上
“为了理解在宏观尺度上网络中发生的事情，网络可能由数十亿个纳米纤维组成，首先我们需要理解两个纳米纤维交叉处的机械现象，”他说
实验纳米纤维需要专门的微型设备
Das设计并制造了尺寸小于一毫米的微型机器——微机电系统
“在以前的一项研究中，我们使用微机电系统设备拉伸一根胶原纤维，”他说
“在这项研究中，我们将两个正交取向的微机电系统器件耦合在一起，将两根光纤推到一起，然后通过滑动将它们分开
在这样做的同时，我们能够同时测量粘附力和摩擦力
这是首次对纳米级纤维进行如此完整的测量
“根据我们的实验测量，我们计算了两个纳米纤维表面在结合处形成的接触面积大小
当我们施加滑动力时，触点开始剥落，直到滑动力突然下降并出现不稳定，这表明纳米级的粘合性能有多强
" 达斯说:“我们实验的一个关键发现是临界滑动力除以接触面积等于聚合物的剪切屈服应力
当我们拉或拉伸一种聚合物时，在特定的应力下，它会开始塑性变形，不会回到它的初始形态
塑性变形开始时的应力称为聚合物的屈服应力
" 根据Das的说法，这是第一项确定聚合物纳米纤维滑动过程中发生了什么的研究
“我们测试了不同直径的纤维
每一次，我们都发现滑动不稳定性发生在一个特定的剪切应力值——切向力除以接触尺寸——这个值等于聚合物的剪切强度
这是我们以前不知道的，尽管以前曾报道过金属的这种反应
" 这项名为“粘性纳米聚合物触点的滑动”的研究是由德巴什·达斯和约安尼斯·查西奥蒂斯撰写的
它发表在《力学和物理学杂志》上
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