Kanalisering af mekanisk energi i en foretrukken retning

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Home > Presse > Kanalisering af mekanisk energi i en foretrukken retning

Abstract:
En forskergruppe ledet af forskere fra RIKEN Center for Emergent Matter Science har udviklet et unikt materiale, baseret på nanofillers indlejret i en hydrogel, som kan kanalisere mekanisk energi i den ene retning, men ikke den anden, og virker på en "ikke-gensidig" måde. Med dette kompositmateriale - som kan konstrueres i forskellige størrelser - var teamet i stand til at bruge vibrations-op-og-ned-bevægelser til at få væskedråber til at stige i et materiale mod tyngdekraften. Brug af dette materiale kunne således gøre det muligt at gøre brug af tilfældige vibrationer og flytte stof i en foretrukken retning.

Kanalisering af mekanisk energi i en foretrukken retning

Saitama, Japan | Udgivet den 14. april, 2023

At kanalisere energi i en foretrukken retning er en vigtig egenskab, der faktisk gør livet muligt. Mange grundlæggende biologiske funktioner såsom fotosyntese og cellulær respiration er gjort mulige ved at kanalisere tilfældige fluktuationer i naturen på en ikke-gensidig måde for at drive et system væk fra stigende entropi, som den berømte Maxwells dæmon. For eksempel er enheder, der tillader energi at bevæge sig fortrinsvis, i elektronik, hvor de tillader vekselstrøm at blive omdannet til jævnstrøm. Lignende enheder bruges inden for fotonik, magnetisme og lyd. Men på trods af de mange potentielle anvendelser har det vist sig at være vanskeligere at skabe enheder, der kanaliserer mekanisk energi.

Nu har en RIKEN-ledet gruppe udviklet et bemærkelsesværdigt, men ensartet materiale, der er relativt nemt at producere og kan udføre denne funktion. For at skabe det brugte gruppen en hydrogel - et blødt materiale, der hovedsageligt er lavet af vand og et polyacrylamid-netværk - og indlejrede grafenoxid-nanofyldstoffer i det i en skrå vinkel. Hydrogelen er fastgjort til gulvet, så den øverste del kan bevæge sig, når den udsættes for en forskydningskraft, men ikke bunden. Og spartelmasserne er indstillet i en skrå vinkel, så de vinkler med uret fra top til bund. Når en forskydningskraft påføres fra højre mod venstre ind i de skæve nanofillers, har de en tendens til at bøje sig og dermed miste deres modstand. Men hvis kraften er fra den anden retning, og nanofillerne vender væk fra den, får den påførte forskydning dem blot til at strække sig endnu længere, og de bevarer deres styrke. Dette gør det muligt for arket at deformeres i den ene retning, men ikke i den anden, og faktisk målte gruppen denne forskel og fandt ud af, at materialet var cirka 60 gange så modstandsdygtigt i den ene retning end den anden.

Som et eksperiment for at demonstrere, hvad dette faktisk kunne gøre, lavede de en blok af materialet og placerede det på et vibrerende stativ. Afhængig af hældningsretningen af de indlejrede nanofillers var materialet i stand til at kanalisere vibrationsenergien gennem materialet for at få dråberne til at bevæge sig til højre eller venstre. De kunne også bruge vibrationerne til at drive en cirkulær bevægelse, der kunne styres til at være enten med eller mod uret. Når vibrerende stativ blev opstillet lodret, bevægede dråber af farvet væske, der blev anbragt på hydrogelen, sig opad mod tyngdekraften som ved magi. På denne måde blev skiftende vibrationsbevægelser, som normalt ikke er til nogen nytte, kanaliseret for at skabe nettobevægelse.

Til sidst, som en yderligere test, i samarbejde med forskere fra RIKEN Hakubi Fellows-programmet, placerede gruppen Caenorhabditis elegans-orme på materialet, og selvom deres bevægelser normalt er tilfældige, endte de med at alle flyttede til den ene eller den anden side af hydrogelen. , afhængigt af hældningsretningen af de indlejrede nanofillers.

Ifølge Yasuhiro Ishida fra RIKEN Center for Emergent Matter Science, der ledede projektet, "Det var et bemærkelsesværdigt og overraskende resultat, at se hvordan mekanisk energi fortrinsvis kunne kanaliseres i én retning på en så klar måde, og ved at bruge et materiale, der er ret let at lave og ret skalerbar. I fremtiden planlægger vi at finde anvendelser for dette materiale med håbet om, at vi kan bruge det til at udnytte vibrationsenergien, der hidtil har været opfattet som spild, effektivt."

####

For mere information, klik link.

Kontaktpersoner:
Jens Wilkinson
Riken
Kontor: 81-484-621-424

Hvis du har en kommentar, tak Kontakt os.

Udstedere af nyhedsudgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlige for indholdets nøjagtighed.

Bogmærke: