Kapirose prianjaju napaukovu mrežu zbog adhezije.Nitrocelulozno ljepilo je uobičajeni adheziv.Adhezija žabeRhacophorus pardalis na okomitoj staklenoj površini
IUPACova definicija: Proces pričvršćivanja neke tvari na površinu druge tvari.
Napomena 1: Za adheziju je potrebna energija koja može proizići iz hemijskih i /ili fizičkih veza, a posljednja je reverzibilna kada se unese dovoljno energije.
Napomena 2: U biologiji, adhezija odražava ponašanje ćelija ubrzo nakon kontakta sa površinom.
Napomena 3: U hirurgiji se adhezija koristi kada se dva tkiva neočekivano spoje.[1]
Adhezija (lat.adhaesio: prijanjanje, lijepljenje), ufizici, je pojava međusobnog privlačenja površina dvaju tijela od različitihtvari ili tijela itekućine, zbog djelovanjaelektromagnetskih sila međumolekulama. Adhezijske sile su kratkotrajne, a snaga im ovisi o vrsti tvari u dodiru. Izraženije su ako je jedna od tvari tekućina.
Na pojavi adhezije zasniva se, naprimjer,metalizacija prskanjem, koja se sastoji se u rapršivanju kapljica rastaljenogmetala ililegure na površinu predmeta pomoću zračnoga mlaza. Metaliziranje se vrši upotrebom posebnogalata u obliku pištolja u koji automatski ulazižica nekog metala. Ta žica se , naplameniku ilielektričnim lukom rastali, a zatim, pod zračnim pritiskom (pneumatika) izbacuje u mlazu na predmet koji se metalizira. U takvom postupku, može se metalizirati čak i drvo.[2][3]
Radijacija ojačava (integrirani krug)mikrokontrolor a, nakon metalizacije izveden je postupak mikrofabrifikacije
Tehnike metalizacije započele su već od izradeogledala. U 1835.Justus von Liebig otkrio je postupak oblaganja staklene površine metalnim srebrom, čineći stakleno ogledalo jednim od najranijih metaliziranih predmeta. Oblaganje ostalih nemetalnih površina brzo se povećavalo uvođenjemABS plastike. Budući da je nemetalni objekt loš električniprovodnik, površina objekta mora se učiniti provodljivom prije nego što se obavi oblaganje. Plastični dio se najprije hemijski istiskuje pogodnim postupkom, poput potapanja u vruću smjesuhromna kiselina –sumporna kiselina. Potopljena površina je osjetljiva i aktivirana prvo uranjanjem ukos (II) hlorid otopinu, zatim upaladij-hlorid. Obrađena površina se nakon dodatnog oblaganja premaže bakrom ili niklom bez elektrole] bez bakra. Ovaj postupak daje korisne (oko 1 do 6kgf /cm ili 10 do 60 njutn/cm) adhezijska sila, ali je mnogo slabija od stvarne čvrstoće prijanjanja metala nametal.
Ljepilo iliadheziv jetvar koja služi za lijepljenje (sljepljivanje)materijala, tj. za njihovo spajanje stvaranjem vezivnog filma među slijepljenim površinama. Takvo djelovanje zasniva se na njihovom prijanjanju uz površinu predmeta (adhezija) i njihovoj unutrašnjojčvrstoći, koja potiče od privlačnih međuatomskih ili međumolekulskih sila (kohezija). Osnova lijepljenja je mazanje površina ljepilom i naknadno ukrućivanje ljepljivog sloja. Premazivanje površine ovisi onapetosti površine i ravnotežnom kontaktnom uglu koji se uspostavlja između čvrste površine materijala, tekućeg ljepila i zraka. Teorija lijepljenja vrlo je složena, jer pritom sudjeluje niz faktora u vezi sa svojstvima površina koje se lijepe (hemijska aktivnost, hidrofilnost/hidrofobnost, čistoća, hrapavost površine,homogenost), na svojstva ljepila (površinska napetost,viskoznost, polarnost, kiselost/bazičnost, brzina sušenja) te fizičkaomehanička svojstva nastalog veznoga filma. Ljepila se u obliku viskozne tekućine nanose u tankom sloju na jednu ili na obje površine koje se sljepljuju, katkad uz povišenipritisak. Sušenjem ljepila stvara se nakon nekog vremena adhezijska veza i postiže maksimalna čvrstoća spoja, zbog hlapljenja medija u kojem se ljepilo primjenjuje (voda ili organski rastvarač) ili hemijskom reakcijom supstanci u ljepilu.
Površinska energija se uobičajeno definira kaorad koji je potreban za izgradnju područja određenepovršine. Drugi način da se vidi površinska energija je veza sa radom potrebnim za cijepanje skupnog uzorka, stvarajući dvije površine. Ako su nove površine identične, površinska energija γ svake površine jednaka je polovini rada za razlaganje, W: γ = (1/2)W11.Ako su površine nejednake, primjenjuje seYoung-Dupréova jednadžba:W12 = γ1 + γ2 – γ12, gdje su γ1 i γ2 površinske energije dvije nove površine, a γ12 je interfejsna energija.Ovj metod se također može koristiti za diskusiju ocijepanju veza koja se događa u drugom mediju: γ12 = (1/2)W121 = (1/2)W212. . Ove dvije količine energije odnose se na energiju koja je potrebna za cijepanje jedne vrste na dva dijela, a sadržana je u mediju druge vrste. Isto tako i za trovrsni sistem : γ13 + γ23 – γ12 = W12 + W33 – W13 – W23 = W132, where W132 energija cijepanja vrste 1 iz vrste 2 u mediju vrste 3.Osnovno razumijevanje terminacijepanje energije, površinske energije ipovršinske napetosti vrlo je korisno za razumijevanjefizičkog stanja i događaja koji se zbivaju na određenoj površini , teorija ovih varijabli također donosi neke zanimljive efekte koji se tiču praktičnosti ljepljivih površina u odnosu na okruženje.[4]
Ne postoji jedinstvena teorija o adheziji, a posebni mehanizmi su specifični za određene materijalne scenarije.Za objašnjene zašto jedan materijal zalijepi za drugi, predloženo je pet mehanizama adhezije.
Adhezivni materijali ispunjavajupraznine ilipore površina i drže površine zajednospojene. Ostale pojave međusobnog spajanja primjećuju se na skali različitih dužina. Šivanje je primjer dvaju materijala koji tvore mehaničku vezu velikih razmjera,šav tvori jedan na srednjoj ljestvici, a neki tekstilni sadhezivi (ljepilo) formiraju jedan u malim skalama.
Dva materijala mogu tvoritivezu na spoju. Najjači spojevi su oni gdje atomi dvaju materijala dijele ili zamjenjuju elektrone (poznate kaokovalentno vezanje iliionsko vezanje). Slabija veza nastaje ako atomvodika u jednoj molekuli privlači atomdušika,kisika ilifluora u drugoj molekuli, fenomen koji se zovevodikova veza.
Do hemijske adhezije dolazi kadapovršinski atomi dvije odvojene površine tvore ionske, kovalentne ili vodikove veze. Tehnički princip koji stoji iza hemijske adhezije u ovom je smislu prilično jednostavan: ako se površinske molekule mogu vezati, tada će se površine povezati mrežom tih veza.
Ove privlačne ionske i kovalentne sile učinkovite su na vrlo malim udaljenostima – manjim odnanometra. To u načelu znači ne samo da se površine s potencijalom za hemijsko vezanje trebaju zbližiti, već i da su te veze prilično krhke, jer im je potrebno održati zajedničku bliskost.[5]
Kod disperzivne adhezije, poznate i kaofizikacija, dva materijala su spojenavan der Waalsovim silama: privlačenje između dvija molekule, od kojih svaka ima područje blagog pozitivnog i negativnog naboja. U jednostavnom slučaju, takve molekule su prema tomeHemijski polaritet polarne u odnosu na prosjekgustoće naboja, mada u većim ili složenijim molekulama može biti više "polova" ili regija s većim pozitivnim ili negativnim nabojima. Ti pozitivni i negativni polovi mogu biti trajno svojstvo molekule (Keesomova sila) ili prolazni efekt koji se može dogoditi u bilo kojoj molekuli, jer nasumično kretanje elektrona unutar molekula može rezultirati privremenom koncentracijom elektrona u jednoj regiji (Londonove sile).
Kohezija uzrokuje stvaranje kapi vode, površinska napetost uzrokuje da su gotovo sferne, a adhezija zadržava kapljice na mjestu. Kapljice vode su ravnije na cvijetuhibiskusa koji ima bolju adheziju.
U nauci o površinama, termin 'adhezija' se gotovo uvijek odnosi na disperzivnu. U tipskom sistemu kruto-tečno-plinovito (kao što je kap tečnosti na čvrstoj sredini okružena vazduhom)kontaktni ugao se koristi za indirektno procenjivanje adhezije, dokcentrifugalni balans adhezije omogućava direktno količinsko merenje adhezije. Općenito, slučajevi gdje je kontaktni ugao nizak, smatraju se adhezivnijim po jedinici površine. Ovaj pristup pretpostavlja da donji kontaktni ugao odgovara većoj površinskoj energiji.[6] Teorijski, tačniji odnos između kontaktnog ugla i rada adhezije je uključeniji i dat jeYoung-Dupreovom jednadžbom. Kontaktni ugao trofaznog sistema je funkcija, ne samo disperzivne adhezije (interakcija između molekula u tečnosti i molekula u čvrstoj tvari), već i kohezije (interakcije između samih molekula tečnosti). Jaka adhezija i slaba kohezija rezultiraju visokim stepenom vlaženja, stanjemliofilnosti sa malim izmjerenim uglovima kontakta. Suprotno tome, slaba adhezija i jaka kohezija rezultirajuliofobnim uslovima sa visokim izmerenim uglovima kontakta i slabim vlaženjem.
SileLondonove disperzije su posebno korisne za funkcijuuređaja za adheziju, jer ne trebaju da ijedna površina da ima trajnu polarnost. Opisao ih je 1930-ihFritz London, a primijetili su ih mnogi istraživači.Londonove disperzijske sile su posljedicastatističke kvantne mehanike. London je teoretizirao da privlačne sile između molekula, koje se ne mogu objasniti ionskom ili kovalentnom interakcijom, mogu izazvatipolarni trenutak unutar molekula.Multipolovi bi mogli objasniti privlačnost između molekula koje imaju trajne multipolne momente koji učestvuju uelektrostatičkoj interakciji. Međutim, eksperimentalni podaci pokazali su da mnogi spojevi opaženi na van der Waalsovim silama uopće nisu imali multipole. London je sugerirao da trenutni dipoli potiču isključivo zahvaljujući tome što su molekule međusobno blizu. Rješavajući kvantno mehanički sistem dva elektrona kaoharmonički oscilator na određenoj udaljenosti jedan od drugog, izmještajući se u pauzama njihovih položaja i međusobno komunicirajući sa poljima, London je pokazao da energiju ovog sistema daje:
Dok je prvi izraz jednostavnoenergija nulte tačke, drugi negativni pojam opisuje privlačnu silu između susjednih oscilatora. Isti se argument može proširiti i na velik broj spojenih oscilatora, te na taj način pokreće pitanja koja posebno negiraju velike privlačne efekte trajnih dipola koji se poništavaju simetrijom.
Dodatna priroda disperzijskog učinka ima još jednu korisnu posljedicu. Razmotrimo jedan takv disperzivnidipol, koji se naziva izvorni dipol. Budući da je bilo koji izvorni dipol inherentno orijentirano tako da ga privlači susjednim dipolima koje on inducira, dok ostali, udaljeniji dipoli nisu povezani bilo kojim faznim odnosom s izvornim dipolom (tako da u prosjeku ništa ne doprinosi), postoji prisilna neto privlačnost u velikoj količini takvih čestica. Kada se razmatraju identične čestice, to se naziva kohezijska sila.[7]
Kada se govori o adheziji, ovu teoriju je potrebno pretvoriti u izraze koji se odnose na površine. Ako u skupu sličnih molekula postoji neto privlačna energija kohezije, cijepanje ove mase za proizvodnju dvije površine dobit će površine s disperzivnom površinskom energijom, jer oblik energije ostaje isti. Ova teorija daje osnovu za postojanje van der Waalsovih sila na površini, koje stoje između bilo kojih molekula koji imajuelektrone. Te se sile lahko uoče kroz spontano skakanje glatkih površina ukontakt.
Glatke površine [[[liskun]]]a,zlata, raznih polimera i čvrstih želatinskih rastvora ne odvajaju se kada razmak postane dovoljno mali – reda 1–10 nm. Jednadžbu koja opisuje ove atrakcije predvidjeli su 1930-tih De Boer i Hamaker:[5]
,
gdje je P sila (negativna na privlačnost), z je udaljenost razdvajanja, A je konstanta specifična za materijal koja se nazivaHamakerova konstanta.
Dvije faze PDM mikrostrukture urušavaju se zbog van der Waalsovog privlačenje. PDMS pečat označen je šrafiranim područjem, a podloga označenom osjenčanom regijom. A) Pečat PDMS se postavlja na podlogu sa povišenim krovom. B) Van der Waalsove atrakcije urušavaju krov energetski povoljnijim za PDMS pečat.
Učinak je očit i u eksperimentima u kojima jepolimimetilsiloksan (PDMS) izrađen sa malim periodičnim poststrukturama. Podloga s stubovima postavlja se licem prema dolje na glatku površinu, tako da je površina između svakog stuba uzdignuta nad glatkom površinom, poput krova koji je poduprt stubovima. Zbog ovih atraktivnih disperzivnih sila između PDMS-a i glatke podloge, povišena površina – ili „krov“ – urušava se na podlogu bez ikakvih vanjskih sila osim van der Waalsvog privlačenja.[8] Jednostavne glatkepolimerne površine – bez ikakvihmikrostruktura – obično se koriste za ta disperzivna svojstva adhezije. Etikete i naljepnice koje se stavljaju na staklo bez upotrebe hemijskih ljepila prilično su česte kao igračke i ukrasi i korisne su kao adhezivi za uklanjanje jer ne gube brzo svoja ljepljiva svojstva, kao što to imaljepljiva traka ljepljivi hemijski spoj.
Važno je napomenuti da ove sile djeluju i na vrlo malim rastojanjima – 99% potrebnih aktivnosti za razbijanje van der Waalsovih veza odvija se nakon što se površine povuku više od nanometra.[5] Kao rezultat, ovo ograničeno kretanje i u van der Waalsovim i u ionskim / kovalentnim situacijama spajanja, praktična efikasnost adhezije usljed jedne ili obje ove interakcije predstavljaju poželjno stanje. Jednom kada se pokrene pukotina, ona se lako širi duž sučelja zbog krhke prirode ijterfejsnih veza.[9] Kao dodatna posljedica, povećavanje površine često ne poboljšava snagu adhezije u ovoj situaciji. Ovo proizlazi iz gore navedenog kvara pukotina – napon na sučelju nije ravnomjerno raspoređen, već je koncentriran na području greške.[5]
Neki vodljivi materijali mogu propustiti elektrone da bi formirali razliku uelektričnom naboju na spoju. To rezultira strukturom sličnomkondenzatoru i stvara privlačnu elektrostatsku silu između materijala.
Neki materijali se mogu spojiti na kontaktudifuzijom. To se može dogoditi kada su molekule oba materijala pokretne i rastvorljive jedna u drugoj. Ovo bi bilo posebno efikasno kod polimernih lanaca gdje jedan kraj molekule difundira u drugi materijal. To je ujedno i mehanizam koji je uključen u [sinteriranje]. Kada semetal ilikeramički praškovi zajedno pritisnu i zagrijavaju, atomi difundiraju od jedne čestice do druge. Ovo spaja čestice u jedno.
Sučelje (interfejs) je označeno isprekidanom linijom. A) Neumreženi polimeri su pomalo slobodni da difundiraju kroz sučelje. Jedna petlja i dva distalna repa vide se difuzno. B) umreženi polimeri koji nisu dovoljno slobodni za difuziju. C) "Zgužvani" polimeri vrlo slobodni, s mnogim repovima koji se pružaju preko sučelja.
Difuzijke sile nešto su poput mehaničkog vezanja na molekulskoj razini. Difuzno vezanje dolazi kada vrste s jedne površine prodiru u susjednu površinu dok su još uvijek vezane za fazu od koje potiču. Jedan poučan primjer je površina polimera na polimeru. Difuzno spajanje na polimerima i polimernim površinama rezultat je odsječaka polimernih lanaca s jedne površine koji su međusobno povezani s onima susjedne površine. Sloboda kretanja polimera ima snažan učinak na njihovu sposobnost prezasićenosti, a samim tim i na difuzno vezanje. Naprimjer, umreženi polimeri su manje sposobni za difuziju iinterdigitaciju jer su povezani na mnogim tačkama dodira i ne mogu se uviti u susjednu površinu. Neumreženipolimeri (termoplastika), s druge strane slobodnije ulaze u susjednu fazu širenjem repova i petlji preko sučelja.
Druga okolnost pod kojom dolazi do difuznog vezanja je „cijeđenje“.Lančani rascjep je način rezanja polimernih lanaca, što rezultira većom koncentracijom distalnih repova. Povišena koncentracija ovih krajeva lanca dovodi do povišene koncentracije polimernih repova koji se protežu preko sučelja. Šišanje se lako postižeultraljubičastim zračenjem u prisustvu plina sa kisikom, što sugerira da adhezijski uređaji koji koriste difuzno vezanje zapravo imaju koristi od dužeg izlaganja toploti/svjetlu i zraku. Što je dulji takav uređaj izložen tim uvjetima, više se repova pregleda i razgraniči kroz sučelje.
Nakon prelaska preko sučelja, repovi i petlje formiraju sve veze koje su povoljne. U slučaju površina polimera na polimeru to znači više van der Waalsovih sila. Iako su one krhke, prilično su jake kada se formira njihova velika mreža. Vanjski sloj svake površine ima presudnu ulogu u adhezijskim svojstvima takvih interfejsa, čak i sićušna količina interdigitacije – samo jedan ili dva repa, dužine 1,25 angstroma – može povećati van der Waalsove veze zavisno od veličine.[10]
