所有这些都依赖于软表面与硬表面的粘合和释放，这是一种常见但尚未完全理解的相互作用。一项新研究发表在美国国家科学院院刊(PNAS)发现了软表面附着力与其接触的硬表面粗糙度之间缺失的联系。这篇题为“将软粘接中的能量损失与表面粗糙度联系起来”的论文发表在《科学》杂志上美国国家科学院院刊由Siddhesh Dalvi、Abhijeet Gujrati、Subarna R. Khanal、Lars Pastewka、Ali Dhinojwala和Tevis D.B. Jacobs共同撰写。

Jacobs博士是匹兹堡大学Swanson工程学院机械工程和材料科学的助理教授，Dhinojwala博士是阿克伦大学聚合物科学和聚合物工程学院的临时院长和高分子科学的H.A. Morton教授，他们使用接触尺寸的原位显微测量来解锁粗糙度如何影响软材料粘附的基本物理。

迪诺瓦拉说:“壁虎爬上一堵垂直的墙是一个很好的例子，说明大自然是如何找到一种方法来粘在粗糙的表面上的。”“在粗糙表面上实现这种粘附的关键是分子接触。柔软的材料可以适应粗糙的表面，并产生粘牢所需的分子接触。我们需要对控制粗糙表面附着力的参数和潜在的物理原理有一个基本的了解。”

这个过程有两个不同的部分:加载触点时发生的事情和分离触点时发生的事情。

先前的理论提出了粗糙度如何影响过程的前半部分，但没有提供对后半部分的见解。这个问题被称为“附着滞后”，这意味着软表面接触在遇到粗糙表面时的行为与被拉开时的行为不同。考虑粘附滞后的一种方法是想象一个小橡胶球。将球压在坚硬的表面上，扩大了接触面积;放手会导致该区域再次缩小，但不是以可预测的对称方式缩小。这一发现标志着第一个可以预测两者的粗糙粘附模型。

这个基础发现的关键是仔细观察粗糙的表面本身——非常非常近的观察。

“人们测量粗糙度已经有一百年了，但传统的技术无法看到小细节，”雅各布斯说。“我们将其放大，结合多种技术，测量粗糙度之上的粗糙度。许多表面的纹理都达到了原子尺度。”

该小组开发了一种新方法，使用电子显微镜来测量纳米以下的粗糙度。当使用传统技术测量时，这项研究中的一个表面看起来比其他两个表面光滑得多;然而，当测量到原子尺度时，它被证明是最粗糙的。这种小规模的粗糙度为柔软的材料创造了更多的表面积。对粗糙表面的详细了解是解释预测表面粘附行为的缺失环节。

“我们的研究回答了一个重要的问题，但从另一个意义上说，它开辟了一条新的研究路线，”雅各布斯说。“关于表面‘接触’的真正含义，以及如何将原子尺度上发生的事情与我们在全尺寸、真实世界接触中观察到的情况联系起来，有很多有趣的问题。”我们很高兴能继续回答这些问题。”