. Pewnie większość z nas kilka tygodni temu walczyła z jej siłą, rozpakowując gwiazdkowe prezenty, poświęćmy więc chwilę na uczczenie tego wynalazku - przyjrzyjmy się bardziej nietypowym jej zastosowaniom, niż sklejanie ozdobnego papieru w jaki owinięte były nasze prezenty.
Pierwsza taśma klejąca została stworzona najpewniej już w XIX wieku, gdy doktor Horace Day wynalazł klej aktywowany ciśnieniem (przyciśnięciem do materiału) w 1845 roku. W 1901 roku Niemiecki wynalazca, pracujący dla firmy Beiersdorf AG, Oscar Troplowitz stworzył pierwszy samoprzylepny plaster - Leukoplast. Od tego czasu sektor taśm klejących był rozwijany i pojawiały się nowe jej rodzaje i zastosowania. Obecnie na rynku dostępne jest wiele rodzajów taśm klejących o ogólnych i szczególnych zastosowaniach. W poniższym tekście przyjrzymy się jednak szczególnie kilku rodzajom taśm, jakie znajdują zastosowanie w laboratoriach (zwłaszcza fizycznych) dookoła świata, a także dowiemy się trochę o mniej typowych własnościach zwykłej taśmy klejącej. Nie wyczerpiemy tutaj tematu taśm klejących, więc zapraszam do komentowania poniżej tekstu - w jaki najdziwniejszy sposób wykorzystujecie taśmę klejącą?
Zanim zaczniemy omawiać mniej typowe rodzaje taśm klejących, jakie dedykowane są do konkretnych zastosowań laboratoryjnych, przyjrzyjmy się najczęściej wykorzystywanej taśmie klejącej i jej nietypowym własnościom. Zwykła taśma celulozowa jednostronnie pokryta klejem dostępna jest w każdym domu. Wykorzystuje się ją do sklejania prezentów, zaklejania paczek, czasami np. do przyklejania plakatów do ścian etc. Co jest w niej tak nietypowego, że interesują się nią naukowcy?
W laboratoriach najczęściej używaną taśmą jest Magic Tape firmy Scotch. Jest to taśma wykonana z acetatu celulozy o matowym wykończeniu, jednostronnie pokryta jest klejem. Używana jest chętnie, gdyż matowa strona taśmy pozwala na napisanie czegoś na niej, a sama taśma jest łatwa do odklejenia - nie pozostawia kleju na powierzchni i przerwania, gdyż bardzo łatwo się rozdziera.
Tego rodzaju taśma wykorzystywana jest bardzo często do usuwania poszczególnych warstw materiałów, takich jak mika czy HOPG (rodzaj sztucznie wytwarzanego grafitu). Materiały te złożone są z płaskich warstw atomowych, które połączone są dosyć słabymi oddziaływaniami van der Waalsa. Jeśli przykleimy taśmę do wierzchniej warstwy materiału, to odklei się ona wraz z kilkoma wierzchnimi warstwami, pozostawiając za sobą czystą i płaską powierzchnię.
Taka taśma wykorzystana została do otrzymania po raz pierwszy grafenu. Grafen to pojedyncza atomowa warstwa grafitu - materiał ten ma wiele wyjątkowych zalet - jest niesamowicie wytrzymały, bardzo dobre przewodzi prąd etc. Od wielu lat jedyną techniką produkcji grafenu była wynaleziona w 2004 roku technika wykorzystująca właśnie taśmę klejącą. Naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze - Geim i Nowosielow - wykorzystali taśmę klejąca do odklejenia wierzchnich warstw grafitu HOPG. Następnie powtarzali proces odklejania warstw z niewielkiego fragmentu na taśmie klejącej, aż pozostawały na nim najcieńsze - o grubości jednej warstwy atomów węgla - fragmenty grafitu - grafen. Odkrycie to zostało nagrodzone Noblem w 2010 roku; w muzeum Noblowskim znajdują się przyrządy potrzebne do wykonania grafenu tą metodą: taśma klejąca i bryłka grafitu HOPG:
Ale na tym nie koniec ciekawych własności taśmy klejącej (nie tylko Magic Tape). Weźmy rolkę taśmy do ciemni i zacznijmy ją tam rozwijać - patrzmy na miejsce, gdzie taśma odwija się z rolki i co widzimy? Najpewniej uda się nam dostrzec słabą błękitną poświatę! ten efekt nazywany jest tryboluminescencją. Związany jest z emisją światła pod wpływem występowania naprężeń w ciele stałym. Podobny efekt można zaobserwować w innych materiałach - kostki cukru pocierane o siebie dają podobne niebieskie światło, a kryształy kwarcu czerwone. Warunkiem obserwacji jest absolutna ciemność, chociaż istnieją pewne substancje - dużo trudniej dostępne niż cukier, kwarc czy taśma klejąca - w których tryboluminescencja generuje światło na tyle silne, że można je obserwować nie tylko w ciemności.
Tryboluminescencja taśmy klejącej czy cukru obserwowana jest już od lat '50 XX wieku, jednakże mechanizm jej powstawania jest nadal słabo zrozumiany. Nie przeszkadza to oczywiście w realizacji pokazów, jak ten zaprezentowany na filmie poniżej:
Ale emisja z taśmy klejącej nie kończy się tylko na świetle widzialnym. Jeżeli zaczniemy rozwijać taśmę klejącą w próżni (co może być trochę trudniejsze) to 'zobaczymy' coś o wiele ciekawszego. Pierwszy raz ten eksperyment przeprowadzili Rosjanie w 1953 roku. Udało im się zaobserwować emisję promieniowania Roentgenowskiego z rozwijanej w próźni taśmy klejącej. W 2008 roku powtórzono ten eksperyment i udało się wygenerować dostatecznie dużo promieniowania X aby wykonać prześwietlenia palca jednego z badaczy. Ben Krasnow nagrał realizację i wyniki eksperymentu, pokazane w poniższym filmie:
Naukowcy korzystają w laboratoriach fizycznych także z innych rodzajów taśm klejących. Jedną z ciekawszych taśm, wykorzystywanych także przez elektroników, jest taśma Kaptonowa. Kapton to nazwa nadana przez firmę Dupont poliimidowemu tworzywu, które produkowane jest przez tą firmę w postaci m.in, taśmy klejącej. Taśma kaptonowa wykazuje się wysoką stabilnością termiczną - do 400°C, co sprawia, że idealnie nadaje się do pracy przy lutowaniu. Można nią maskować ścieżki, izolować elementy i utrzymywać w całości pewne układu podczas lutowania. Taśmy Kaptonowe spotkamy także pod szeregiem innych nazw - takich jak Kaptan
- produkowane przez Chińczyków, jako zamienniki oryginalnej taśmy Kaptonowej Duponta.
Ale nie zawsze chcemy aby nasza taśma była izolatorem elektrycznym. Istnieją także taśmy węglowe, które przewodzą we wszystkich kierunkach i wykorzystywane są do łączenia elementów, aby przewodziły one prąd - zwykła taśma tego nie potrafi. Taśmy węglowe wykorzystuje się do montowania próbek w mikroskopach elektronowych. Umożliwiają one przyklejenie elementu do podstawki - uchwytu na próbkę - i połączenie elektryczne próbki z układem. Jest to niezwykle istotne, gdyż gdyby próbka nie przewodziła nie udało by się jej zobrazować w takim mikroskopie.
Inne taśmy, wykorzystywane m.in. w sprzęcie elektrycznym pozwalają połączyć elementy np. takie, które nie są lutowalne - jak materiały ceramiczne - lub mogą ulec uszkodzeniu pod wpływem ciepła lutownicy. Przykładem tego mogą być materiały piezoelektryczne - nie dość, że to zazwyczaj materiały ceramiczne, to temperatura może zdepolaryzować ceramikę - w takiej sytuacji używa się taśm przewodzących lub przewodzących żywic epoksydowych.
Często do izolowania przed ciepłem używa się folii aluminiowej, czasami taśm aluminiowych. To bardzo tani i dostępny materiał. Taśma aluminiowa może odbijać promieniowanie cieplne, ale jest także materiałem przewodzącym ciepło no i oczywiście prąd elektryczny. W laboratoriach fizycznych taśmy takiej używa się rzadko do wykonywania połączeń elektrycznych, gdyż jej klej jest nieprzewodzący, ale jest nieoceniona w połączeniu z zwykłą folią aluminiową, jeśli chodzi o izolowanie pewnych elementów stanowiska pomiarowego przed ciepłem i promieniowaniem elektromagnetycznym. Czasami stosuje się ją zamiennie z droższą taśmą wykonaną z miedzi (która pozwala także na dolutowanie do niej np. kabla do uziemienia).
O wiele rzadziej stosowaną taśmą, jest bardzo ciekawa taśma produkcji firmy 3M - Z Tape. Podobnie jak taśma węglowa, jest to taśma przewodząca prąd elektryczny, ale to co ją odróżnia od tej pierwszej to to, że przewodzi ona tylko w jednym kierunku - z góry na dół. Z Tape to dwustronnie klejąca taśma, która w warstwie plastiku zawarte ma równomiernie rozmieszczone fragmenty przewodzącego materiału. Nie do końca wiadomo, jakie jest - według producenta - zastosowanie tej taśmy, ale idealnie sprawdza się np. podczas naprawy połączeń przy wyświetlaczach LCD czy w innych miejscach, gdzie lutowanie jest co najmniej niepraktyczne. Nie jest ona niestety tania - 10 cm kosztuje około 5 dolarów.
Jedną z ciekawszych aplikacji tego rodzaju taśmy jest projekt klejonego układu elektronicznego autorstwa Jie i Bunny. Pozwala on najmłodszym użytkownikom sklejać elementy elektroniczne razem, tworząc proste obwody. Zastosowana w projekcie taśma jest wielokrotnego użytku, więc elementy można wielokrotnie sklejać i rozklejać.
Taśma klejąca może też być niebezpieczna. Tutaj przeczytać możemy o tak zwanym przypadku "niewidzialnej ściany elektrostatycznej" - sytuacji, jaka wydarzyła się w fabryce firmy 3M na stanowisku przewijania folii polipropylenowej, z jakiej wykonywana była taśma. Szybkie przewijanie taśmy - z prędkością około 25 km/h - powodowało ładowanie się rolek urządzenia do tego stopnia, że generowane pole elektryczne przekraczało 650 kV/m. Koncentracja pola elektrycznego we wnętrzu maszyny była na tyle duża, że tworzyła się niewidzialna ściana, której nie dawało się przejść, nawet napierając na nią całym ciałem! Zaobserwowano, że maszyna może nawet elektrostatycznie zasysać owady i niewielkie ptaki do środka!
Następnym razem więc, odpakowując prezenty zaklejone taśmą, poświęćcie chwilę na zastanowienie jak ciekawy i uniwersalny jest to materiał.
A Wy w swoich warsztatach - jakich specjalistycznych taśm klejących używacie? A może wykorzystujecie zwykłą taśmę klejącą w jakiś nietypowy sposób? Pochwalcie się w komentarzach w tym temacie!
Źródła:
http://hackaday.com/2016/01/04/the-unreasonable-effectiveness-of-adhesive-tape/
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/geim-photo.html
http://amasci.com/weird/unusual/e-wall.html
Fajne!
Można też było wycinać w tej taśmie okienka, które miały być wytrawione. Ale to prehistoria.
