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Jul 19, 2023

カッティング技術を通じて設計されたより強力なテープ

バージニア工科大学のマイケル・バートレット氏のチームは、日本古来の紙を切る技術である切り紙を、通常のテープの粘着力を60倍に高める方法に応用した。 2023 年 6 月 22 日

バージニア工科大学のマイケル・バートレット氏のチームは、日本古来の紙を切る技術である切り紙を、通常のテープの粘着力を60倍に高める方法に応用した。

2023 年 6 月 22 日

粘着テープは、家庭用電化製品を素早く固定することから、郵送する荷物を確実にシールすることまで、多くの目的を果たします。 強力な接着力を持つテープを使用している場合、テープを剥がすには、表面の部分がテープと一緒に剥がれないことを必死に願いながら、テープの角をこすってこじるしかない場合があります。

しかし、接着剤を強力かつ簡単に剥がすことができたらどうなるでしょうか? この一見逆説的な特性の組み合わせは、ロボットによる把持、健康状態監視のためのウェアラブル、組み立てとリサイクルのための製造における用途を劇的に変える可能性があります。

バージニア工科大学機械工学部のマイケル・バートレット助教授のチームが実施し、6月22日にNature Materials誌に掲載された最新の研究によれば、そのような接着剤の開発はそう遠くないかもしれない。

粘着テープは、車体を 2 色で塗装するためのより良いオプションを求めていた自動車塗装業者のニーズを満たすために 1920 年代に初めて開発されました。 最初のマスキングテープが世に出て以来、さまざまなバリエーションが生まれてきました。 工場では、プレゼントを包むための目に見えないテープ、配線を覆うための絶縁テープ、ダクトテープなどを、これまでの用途を超えて展開してきました。

通常、テープを剥がすとき、テープは完全に剥がされるまでストリップの長さに沿って直線的に分離します。 強力な接着剤は剥がれにくくなりますが、再利用可能な接着剤は強度を制限して剥がれやすくなります。

バートレット氏のチームは、分離経路を制御できれば、おそらく接着剤を強力かつ除去可能にすることができると理論づけた。 彼らは、2,000 年前の日本の芸術形式の手法を利用して、その方法を決定しました。

切り紙という芸術形式は、折ったり切ったりすることによって、平らな紙を形や立体の物体に変えることができます。 子どもたちは、紙で雪の結晶を作るときに、この方法の基本的な形式をよく使用します。

しかし、研究チームが作っていたのは雪の結晶だけではありませんでした。 切り紙の芸術的な起源により、この方法は接着剤を横切ってスライスまたはカットを確立するための枠組みを提供しました。 バートレット氏のチームはこれらの原理を使用して、一連の U 字型のカットを設計しました。

「カットを使用することで、接着剤の剥がれ方を制御できることに気づきました」とバートレット氏は言います。 「エンジニアリングカットにより、接着剤の剥離経路が特定の位置で強制的に逆方向に進む可能性があり、これを逆亀裂伝播と呼び、接着剤を非常に強力にします。 しかし、逆方向に剥がすと常に前に進むので剥がしやすくなります。 これは非常に珍しい動作ですが、強力でありながら再剥離可能な接着剤を作成するのに非常に役立ちます。」

バートレット氏のチームには、コロラド大学ボルダー校のロン・ロン准教授とネブラスカ大学リンカーン校のエリック・マークヴィッカ助教授も含まれており、これらのカットを適用すると、テープの接着が60倍強化され、同時に簡単に貼り付けることができることがわかりました。反対方向に剥がすと除去されます。 研究チームはまた、テープの種類は問題ではないことも発見しました。 Kirigami は、梱包用テープから医療用テープに至るまで、テストしたあらゆる種類のテープの接着力を高めました。 すべての場合において、強力な接着結合はさらに強力になり、通常は弱い接着剤の強度も増加しました。

「本当に重要なのは、切り傷の形状と大きさです」と元大学院研究員 Dohgyu Hwang 氏は言います。 「特定の接着材料に依存する必要はありませんが、接着剤の物理学によって定義される特徴的なサイズでカットが行われる限り、これにより、私たちが試したすべてのシステムで接着力が向上することがわかりました。」

このアプローチのもう 1 つの興味深い結果は、高度にカスタマイズできることです。

「特定の位置に切り込みを入れることで、この逆亀裂伝播を活性化してフィルムの任意の位置での接着強度を調整することができ、さらにフィルムの単一領域で同時に 2 方向の接着強度をプログラムすることも可能になります。」 また、ラピッドデジタルファブリケーションアプローチも採用しているため、強度を調整できる高度にカスタマイズ可能な接着剤を迅速に作成できます。 これは将来の接着剤開発にとって非常に興味深い方法論です」とバートレット氏は語った。