在电影《谍中谍4》中, 阿汤哥曾戴着一双“壁虎手套”, 顺着玻璃墙, 徒手攀爬世界第一高楼——哈利法塔 。
当然, 这只是电影的一个桥段, 壁虎手套是人们想象出来的 。 但在自然界中, 壁虎爬墙的本事, 却真的让人类垂涎三尺 。 无论是粗糙的树干, 还是光滑的玻璃, 壁虎都能行走如飞 。 壁虎为什么有如此神奇的本领?
原来, 秘密就在壁虎的脚掌上 。
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人们曾经以为壁虎的脚掌能在各种材质的墙壁上行走, 是由于粘液或脚掌上小吸盘的帮助 。 但这些假设很快被实验推翻了 。 简单想一想就能明白, 如果壁虎是被粘液或吸盘牢牢地吸附在墙上, 它怎么能够灵活地迈步呢?所以, 壁虎行走的迷题一直没有很好的解释 。
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直至2000年, 美国科学家用电镜放大观察壁虎的脚掌, 发现壁虎的脚掌充满了无数小的毛状物体 。 由于这些物体比较硬, 又称为“刚毛” 。 那些看似小钩子一样的刚毛末端, 实际上是开叉的, 每根刚毛都分成了100-1000根更细的绒毛, 这些绒毛的尺寸小到纳米级品 。
因为这些绒毛如此之小, 以至于整体的表面积大大提高 。 极大的增加了壁虎脚掌的表面积, 特别是当壁虎攀在那些粗糙的物体表面时, 这些绒毛更能填满那些细小的坑洼 。
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现在要说的, 就是壁虎最牛B的地方了 。 它根本不是靠人们想像的宏观条件下的力吸附 。 它依靠的是刚毛上的小绒毛, 与墙壁产生的范德华力——也就是说, 是它脚掌上的分子与墙壁分子间产生的力!
说到范德华力, 是一种发生于分子与分子之间的吸引力 。 下面的小实验可以让你体会到范德华力的力量 。
找两本厚一点的书, 最好是纸张薄软一点的, 像洗扑克牌一样把两本书的书页一张压一张的叠在一起 。 全部叠完后用手压一压, 然后分别抓住两本书的书脊, 试试能把它们拉开吗?把两本书“粘”在一起的力量, 就是范德华力 。
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如果你没有耐心把两本书一页一页的交叠, 也可以去买一部新手机 。 很多人都特别享受揭开新手机屏幕保护膜的那个瞬间, 其实那层膜就是靠范德华力“粘”在手机屏幕上的 。
相比让原子构成分子的那些作用力, 范德华力很小, 生活中我们往往不会在意到它的存在 。 但是这个很小, 只是相对来说的 。 亿万根这样的绒毛足以产生巨大的吸引力, 从而可以使得壁虎爬上任何物体表面, 甚至玻璃的天花板 。 有科学家测算, 壁虎脚掌上刚毛产生的吸附力, 可以达到其体重的50倍 。
听到这儿, 是不是觉得壁虎超级牛B 。 人类文明发展了上万年, 也就是近一、两百年, 才开始认识到原子、分子间力的作用 。 而壁虎, 则早已运用分子间的范德华力吸附在墙上傲娇几百万年了 。
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壁虎脚掌这么好玩的课题, 当然不会逃脱科学家的视线, 于是, 科学家们就想试试能否做出像壁虎脚掌一样的胶带 。 这种胶带最大的优势是可以反复使用, 而且吸附力强大 。 未来, 人类也可以像壁虎一样自如攀爬高楼, 《谍中谍4》中的镜头绝不是梦 。
于是, 科学家模拟壁虎脚掌的结构, 在一种高分子材料(聚酰亚胺)上进行刻蚀, 制造出单个微突起直径为500nm, 高2μm, 以间隔1.6μm周期性排列的表面 。 制作了一片小小的胶带 。 放大后, 胶带表面是这个样子的(
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