Cuanto más pequeño es el objeto, especialmente a nivel atómico o subatómico, el extraño se comporta. Por ejemplo, a medida que los dispositivos tecnológicos se vuelven cada vez más pequeños, las partes aún más pequeñas son más propensas a la adherencia o "pegajosidad". Cuando las piezas de pequeño tamaño entran en contacto, se pegan espontáneamente y no se pueden separar fácilmente. Sin embargo, Una investigación reciente de la Universidad de Pittsburgh puede "despejar" el problema y mejorar la próxima generación de microdispositivos que se utilizan cada vez más en la vida cotidiana.

"Las superficies tienden a atraerse entre sí a través de interacciones químicas o electrónicas, "dice Tevis Jacobs, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt. "Esto es particularmente problemático a medida que las cosas se vuelven pequeñas. Puede ver esto cuando muele café. Los granos enteros no se pegan al costado del molinillo, pero una buena rutina se pegará a todo, especialmente en un día seco ".

El Dr. Jacobs es el investigador principal del estudio "Comprensión y aprovechamiento del efecto de la rugosidad a nanoescala en la adhesión a macroescala, "que recibió $ 305, 123 de la National Science Foundation (NSF) para medir la rugosidad de la superficie y caracterizar la relación fundamental entre la adherencia y la rugosidad en tamaños pequeños. El Dr. Jacobs y su equipo determinarán cuándo los objetos pequeños prefieren pegarse.

"Una de las razones por las que las piezas pequeñas se adhieren más fácilmente que las piezas grandes es la relación superficie-volumen, "dice el Dr. Jacobs." Para grandes partes, hay mucho volumen en relación con la superficie, por lo que la adherencia es relativamente débil en comparación con las fuerzas corporales, como la gravedad. Cuando las piezas se vuelven pequeñas, las fuerzas de la superficie se vuelven más grandes en relación con las fuerzas del cuerpo y las partes se pegarán espontáneamente ".

Para muchos materiales de ingeniería, el aumento de la rugosidad de la superficie de un objeto hará que sea menos probable que las partes pequeñas se peguen entre sí. La razón general por la que la rugosidad reduce la adherencia es bien conocida.

"Imagina un cubo con lados de una pulgada sentado sobre una mesa. Si las superficies son perfectamente planas, luego hará contacto con la mesa en un área de una pulgada cuadrada, "Explica el Dr. Jacobs." Si muele la superficie con papel de lija y la vuelve a poner sobre la mesa, la rugosidad evitará el contacto cercano en algunas áreas. De hecho, el cubo puede ser apoyado por sólo un pequeño número de puntos de contacto. El "área de contacto real" puede ser 1000 veces más pequeña que una pulgada cuadrada ".

El equipo de investigación de Pitt está desarrollando y probando modelos analíticos y numéricos para poder realizar predicciones cuantitativas de adherencia entre superficies rugosas de Jacob Alt Adhesion Int. Este trabajo también guiará a los ingenieros a modificar intencionalmente la rugosidad para lograr el nivel deseado de adherencia.

Una mejor comprensión de cómo reducir la adherencia en tamaños pequeños probablemente tendrá el mayor impacto en los microdispositivos, que se utilizan comúnmente en la electrónica de consumo, dispositivos biomédicos, la industria de los semiconductores, y aplicaciones de defensa. La investigación también es aplicable a las nuevas técnicas de fabricación que se están iniciando para crear estos microdispositivos, permitiendo a los fabricantes evitar problemas relacionados con la adhesión.

"Un ejemplo clásico de adherencia que causa un problema es el dispositivo de microespejos digitales de Texas Instruments, "Dice el Dr. Jacobs." Este proyector, como el que se usa en los auditorios, involucra una serie de dispositivos microelectrónicos que mueven pequeños espejos para hacer que el proyector funcione. El producto se deshizo casi por completo por adhesión en los dispositivos microelectrónicos. Se quedarían atascados en una posición específica y no podrían moverse. dando como resultado un 'píxel atascado' en la pantalla ".

Los investigadores de Pitt no solo comprenden la rugosidad de la superficie y su efecto sobre la adhesión de la superficie, también están desarrollando métodos para modificar los microdispositivos para lograr el nivel de adhesión deseado.

"Hay muchos modelos diferentes que describen la rugosidad y la adherencia, pero ninguno está bien verificado experimentalmente, "dice el Dr. Jacobs." Estamos utilizando técnicas completamente nuevas para medir la rugosidad, experimentar con diferentes tipos de rugosidad, y medir la adherencia resultante. Nuestro objetivo es probar los modelos existentes de adherencia y rugosidad y establecer nuevos modelos que sean más cuantitativos y predictivos ".

En 2015, El Dr. Jacobs recibió una subvención de la NSF para observar y medir la estructura de la superficie atómica de los nanomateriales mediante microscopía electrónica. Este nuevo estudio se basa en su investigación anterior y empleará una combinación de microscopía electrónica de transmisión para caracterizar escalas superficiales previamente no medidas y un probador micromecánico personalizado para medir la adherencia superficial.