توجيه الطاقة الميكانيكية في الاتجاه المفضل

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > توجيه الطاقة الميكانيكية في الاتجاه المفضل

المستخلص:
قامت مجموعة بحثية بقيادة علماء من مركز RIKEN لعلوم المواد الناشئة بتطوير مادة فريدة، تعتمد على حشوات نانوية مدمجة في هيدروجيل، يمكنها توجيه الطاقة الميكانيكية في اتجاه واحد ولكن ليس في الاتجاه الآخر، وتعمل بطريقة "غير متبادلة". باستخدام هذه المادة المركبة - والتي يمكن تصنيعها بأحجام مختلفة - تمكن الفريق من استخدام الحركات الاهتزازية لأعلى ولأسفل لجعل قطرات السائل ترتفع داخل المادة ضد الجاذبية. وبالتالي فإن استخدام هذه المادة يمكن أن يجعل من الممكن الاستفادة من الاهتزازات العشوائية وتحريك المادة في الاتجاه المفضل.

توجيه الطاقة الميكانيكية في الاتجاه المفضل

سايتاما، اليابان | تم النشر في 14 أبريل 2023

يعد توجيه الطاقة في الاتجاه المفضل خاصية مهمة تجعل الحياة ممكنة بالفعل. أصبحت العديد من الوظائف البيولوجية الأساسية مثل التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي ممكنة عن طريق توجيه التقلبات العشوائية في الطبيعة بطريقة غير متبادلة، لإبعاد النظام عن الانتروبيا المتزايدة، مثل شيطان ماكسويل الشهير. على سبيل المثال، الأجهزة التي تسمح للطاقة بالتحرك بشكل تفضيلي موجودة في الإلكترونيات، حيث تسمح بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر. تُستخدم أجهزة مماثلة في مجالات الضوئيات والمغناطيسية والصوت. ومع ذلك، على الرغم من الاستخدامات العديدة المحتملة، فقد ثبت أن إنشاء الأجهزة التي توجه الطاقة الميكانيكية أمر أكثر صعوبة.

الآن، قامت مجموعة بقيادة RIKEN بتطوير مادة رائعة ولكن موحدة يسهل إنتاجها نسبيًا ويمكنها أداء هذه الوظيفة. ولإنشائها، استخدمت المجموعة هيدروجيل - وهي مادة ناعمة مصنوعة أساسًا من الماء وشبكة بولي أكريلاميد - وحشوات نانوية من أكسيد الجرافين مدمجة فيها بزاوية مائلة. يتم تثبيت الهيدروجيل على الأرض، بحيث يمكن للجزء العلوي أن يتحرك عند تعرضه لقوة القص ولكن ليس الجزء السفلي. ويتم ضبط الحشوات بزاوية مائلة، بحيث تكون في اتجاه عقارب الساعة من الأعلى إلى الأسفل. عندما يتم تطبيق قوة القص من اليمين إلى اليسار على الحشوات النانوية المائلة، فإنها تميل إلى الالتواء وبالتالي تفقد مقاومتها. لكن إذا كانت القوة من الاتجاه الآخر، وكانت الحشوات النانوية متجهة بعيدًا عنها، فإن القص المطبق يجعلها تتمدد لفترة أطول، وتحافظ على قوتها. وهذا يسمح للصفائح بالتشوه في اتجاه واحد وليس في الاتجاه الآخر، وفي الواقع قامت المجموعة بقياس هذا الاختلاف، ووجدت أن المادة كانت مقاومة في اتجاه واحد تقريبًا 60 مرة أكثر من الاتجاه الآخر.

وكتجربة لتوضيح ما يمكن أن يفعله هذا بالفعل، قاموا بإنشاء كتلة من المادة ووضعوها على حامل اهتزازي. اعتمادًا على اتجاه ميل الحشوات النانوية المدمجة، كانت المادة قادرة على توجيه الطاقة الاهتزازية عبر المادة لجعل القطرات تتحرك إلى اليمين أو اليسار. يمكنهم أيضًا استخدام الاهتزازات لقيادة حركة دائرية يمكن التحكم فيها إما في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. عند إعداد الحامل الاهتزازي عموديًا، تحركت قطرات السائل الملون التي تم وضعها على الهيدروجيل لأعلى ضد الجاذبية كما لو كان ذلك بفعل السحر. بهذه الطريقة، تم توجيه الحركات الاهتزازية المتناوبة، والتي عادة لا تكون ذات فائدة، لإنشاء حركة صافية.

أخيرًا، وكاختبار إضافي، وبالتعاون مع باحثين من برنامج RIKEN Hakubi Fellows، وضعت المجموعة ديدان Caenorhabditis elegans على المادة، وعلى الرغم من أن حركاتها عادة ما تكون عشوائية، فقد انتهى بها الأمر بالتحرك إلى جانب أو آخر من الهيدروجيل. ، اعتمادًا على اتجاه إمالة الحشوات النانوية المدمجة.

وفقًا لياسوهيرو إيشيدا من مركز RIKEN لعلوم المواد الناشئة الذي قاد المشروع: "لقد كانت نتيجة رائعة ومدهشة، رؤية كيف يمكن توجيه الطاقة الميكانيكية في اتجاه واحد بشكل تفضيلي، وبطريقة واضحة، وباستخدام مادة من السهل صنعها وقابلة للتطوير تمامًا. وفي المستقبل، نخطط للعثور على تطبيقات لهذه المادة، على أمل أن نتمكن من استخدامها لتحقيق الاستخدام الفعال للطاقة الاهتزازية التي كان يُنظر إليها حتى الآن على أنها نفايات.

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
جينس ويلكنسون
بتبريد
المكتب: 81-484-621-424

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: