Molecular Adhesion and Its Applications: The Sticky Universe

در آغاز قرن بیستم، مهندسان و فن‌آوران اهمیت چسبندگی را از دو جنبه اصلی تشخیص می‌دادند: اول، در نمایش اصطکاک بین سطوح - در آن زمان موضوعی بود که برای مهندسان اهمیت فزاینده‌ای داشت. دوم در صنایع دستی که نیاز به اتصال مواد - عمدتاً چوب - برای تشکیل ساختارهای مهندسی دارند. در حالی که دانشمندان فیزیک به خواص چسبندگی چسب‌ها، ژل‌ها و خمیرهای خاص اعتراف می‌کردند، اما آنها را موادی با فرمول نامشخص می‌دانستند، و آن‌قدر ناخالص می‌دانستند که قابل آزمایش دقیق نیستند. دانشمندان زیست شناسی نیز از پدیده های چسبنده آگاه بودند، اما این علم به جای درک، با مستندات پشتیبانی می شد. در پایان قرن، چسبندگی و چسب‌ها نقشی تعیین‌کننده و عمدی در فرمول‌بندی مواد، در طراحی و ساخت سازه‌های مهندسی بدون تضعیف پرچ‌ها یا پین‌ها، و در استفاده از مقاطع نازک و شکل‌های پیچیده داشتند. کوچک سازی تا سطح میکرو و اکنون به سطح نانو دستگاه های مکانیکی، الکتریکی، الکترونیکی و نوری به شدت به درک و فناوری چسبندگی متکی است. در بیشتر قرن، دانشمندان فیزیک می دانستند که حالات ماده، اعم از گاز، مایع یا جامد، توسط رقابت بین انرژی حرارتی و نیروهای اتصال درون مولکولی تعیین می شود. سپس حالت جامد باید به کریستال‌ها، شیشه‌های آمورف، فلزات و غیره متمایز می‌شد، بنابراین اهمیت جاذبه‌های مولکولی در تعیین سختی و استحکام واضح‌تر شد.

At the beginning of the twentieth century, engineers and technologists would have recognized the importance of adhesion in two main aspects: First, in the display of friction between surfaces — at the time a topic of growing importance to engineers; the second in crafts requiring the joining of materials — principally wood—to form engineering structures. While physical scientists would have admitted the adhesive properties of glues, gels, and certain pastes, they regarded them as materials of uncertain formulation, too impure to be amenable to precise experiment. Biological scientists were aware also of adhesive phenomena, but the science was supported by documentation rather than understanding. By the end of the century, adhesion and adhesives were playing a crucial and deliberate role in the formulation of materials, in the design and manufacture of engineering structures without weakening rivets or pins, and in the use of thin sections and intricate shapes. Miniaturization down to the micro- and now to the nano-level of mechanical, electrical, electronic, and optical devices relied heavily on the understanding and the technology of adhesion. For most of the century, physical scientists were aware that the states of matter, whether gas, liquid, or solid, were determined by the competition between thermal energy and int- molecular binding forces. Then the solid state had to be differentiated into crystals, amorphous glasses, metals, etc. , so the importance of the molecular attractions in determining stiffness and strength became clearer.