壁虎膠帶的商業化

(作者:王維漢老師 / 逢甲大學 纖維與複合材料學系)

目前至少有三家商業化公司生產壁虎膠帶(Gecko tape),目前已商業化的三家公司,有二家與上述專利相關,源至於柏克萊加大。第一家是NANOGRIPTECH,來自於Carnegie Mellon U.的技術,使用微機電製程,目前工研院創投有投資。第二家是日東電工(Nitto Denko)派員到UC-Berkley學習,使用奈米碳管(CNT)做剛直物。第三家是Felsuma是U. Mass – Amherst技術,使用Kevlar布與silicone彈性體的結合,作法最簡單。基本上,這是力學中,軟/硬複合材料的結合。以下本文詳細介紹。

  1. NANOGRIPTEC

NANOGRIPTEC是M. Sitti教授的技術。他的專利C,是前述160專利的延伸,專利中有更詳盡的半導體製程描述。圖七左是乾式膠(dry adhesive)的示意結構,無數纖維連接於一基材上。圖七右是,每根纖維包含頂部(12),底部(14),徑部(16),其中頂部又包含平面(20),與氟化物層(22)。

圖七、乾式膠的示意結構

圖八是專利中半導體製程重點,主要說明橫向蝕刻產生匙突結構。在281專利中,Fig 3a描述蝕刻層(40),阻隔層(42),分別沉積於基材(44)上。Fig 3b描述遮蔽圖案(52),空孔(50),橫向蝕刻&空孔(54&56),最後移除(52)。Fig 3c描述填入材(70),Parlyene C,底材(32)。Fig 3d描述低表面能,疏水塗層(26),以避免鄰近纖維接觸。

圖八、微細纖維半導體製程

NANOGRIPTEC的產品名稱是Setex,又分為DA、XG、CF三個系列,分別用於重複黏 (Dry adhesive)、抓持材(Gripper)、固定材(Fastener)。

2.Nitto Denkoe

日東電工是老牌的感壓膠製造商。該公司將前野(Maeno)派往當時走在研究最前沿的美國加州大學柏克萊分校。前野在那裏學習了黏合理論,並且與大阪大學機械工學研究所教授中山喜萬等人合作,開發出了CNT像壁虎絨毛一樣排列的膠帶。他們發現,纖維之間因存在凡得瓦力而凝聚,無法實現黏合功能。壁虎腳尖的絨毛之所以光是頂端部生有細小的分支,就是為了防止凝聚。防止絨毛凝聚的方法大致有兩種。一種是仿造與壁虎一樣的層次分支構造。另一種是使用高剛性材料代替分支構造來防止凝聚,日東電工採用了構造簡單的後者。CNT的直徑極小,可實現較高的深寬比及高剛性,是一種非常適合第二種方法的材料。在經過微細加工的基板上控制CNT的生成條件,便可使其朝著一個方向生長。該公司將其嵌入熔融狀態的聚丙烯基板,形成了膠帶狀。2012年2月日東電工宣佈,從壁虎腳掌獲得啟發的「壁虎膠帶」已開始用於商業用途。但因這種膠帶使用CNT,所以存在價格高且很難大量供應的難點,目前只能作為分析試料的固定膠帶使用。 第三家是Felsuma公司,下期待續。

【館藏資源】

壁虎腳底的高科技:仿生學向大自然取經,設計未來

學蜘蛛人趴趴走 : 受大自然啟發的仿生科技

【網路資源】

Crazy Engineering: Gecko Gripper/NASA Jet Propulsion Laboratory (Youtube影片)

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