ナノテープ

ナノテープはヤモリテープとも呼ばれ（インサニティテープまたはエイリアンテープという名前で販売されている）、柔軟なポリマーテープの裏材に転写されたカーボンナノチューブの配列からなる合成粘着テープである。これらの配列は合成剛毛と呼ばれ、ヤモリのつま先にあるナノ構造を模倣している。これはバイオミミクリーの一例である。接着は化学接着剤ではなく、非常に近い2つの原子または分子の間に発生する弱い電気力であるファンデルワールス力によって達成される。これまでのところ、ナノテープがペットボトルと同じようにリサイクル可能であることを裏付ける証拠はほとんどないが、再利用は可能である。ナノテープが環境的にどの程度安全であるかを知るには、より多くのデータが必要である。^{[1] [2]}

ヤモリは滑らかな垂直面を高速で登る驚くべき能力を示し、足の強力な接着と容易な素早い離脱、つまりせん断接着の両方を示します。 ^[3]

ヤモリの足には、剛毛と呼ばれるマイクロメートルサイズの弾性毛が、スパチュラと呼ばれるナノメートルサイズの構造に分割されています。せん断接着は、これらの微細構造と基質の間にファンデルワールス力を形成したり破壊したりすることで実現されます。^[4]

ナノテープは、剛毛を模倣したカーボンナノチューブの束とヘラを模倣した個々のナノチューブでこれらの構造を模倣し、マクロ的なせん断接着を実現し、弱いファンデルワールス相互作用を高いせん断力に変換します。せん断接着により、ヤモリが足を上げるようにテープを簡単に剥がすことができます。カーボンナノチューブアレイは基板に残留物を残さないため、テープは何度も再利用できます。^[5]

ナノテープは、マンチェスター・メソサイエンス・ナノテクノロジーセンターとロシアのマイクロエレクトロニクス技術研究所の共同研究から生まれた合成剛毛の最初の開発の一つです。研究は2001年に始まり、2年後にその結果がNature Materialsに掲載されました。^[6]

研究グループは 、電子ビームリソグラフィーと酸素プラズマでのドライエッチングを使用して、厚さ 5 μmの同じ材料のフィルムの表面に合成剛毛構造として柔軟なポリイミド繊維を作製しました。繊維の長さは 2 μm、直径は約 500 nm、周期は 1.6 μm で、およそ 1 cm ²の面積を覆っていました(左の図を参照)。当初、研究チームは基板としてシリコン ウェハーを使用していましたが、スコッチ テープなどの柔らかい接着基板を使用すると、テープの接着力がほぼ 1,000 倍に増加することを発見しました。これは、柔軟な基板では、表面と接触している剛毛の数と剛毛の総数の比率がはるかに高くなるためです。^{[出典が必要]}

この「ヤモリテープ」の効果は、高さ 15 cm、重さ 40 g のプラスチック製スパイダーマン人形の手にサンプルを取り付けてテストしたところ、図に示すようにガラスの天井に貼り付けることができました。ガラスとの接触面積が約 0.5 平方センチメートル (50 mm ² ) のテープは、100 グラム (3.5 オンス) を超える荷重に耐えることができました。ただし、接着係数はわずか 0.06 で、本物のヤモリ (8～16) と比べると低いものでした。^[要出典]

市販のナノテープは、通常、壁に穴を開けずに、写真や装飾品などの軽量のアイテムを滑らかな壁に掛けるのに役立つ両面テープとして販売されています。超配向カーボンナノチューブを使用した一部のナノテープは、極端な温度でも粘着性を維持できます。 ^[2]

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  ガラスの表面を登るヤモリ
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  ヤモリの足のクローズアップ画像
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  ヤモリのつま先のミクロとナノの眺め
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  ナノテープのミクロビュー^[6]
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  ナノテープの「スパイダーマンテスト」 ^[6]