هدایت انرژی مکانیکی در جهت ترجیحی

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

صفحه اصلی > رسانه ها و مطبوعات > هدایت انرژی مکانیکی در جهت مطلوب

چکیده:
A research group led by scientists from the RIKEN Center for Emergent Matter Science have developed a unique material, based on nanofillers embedded in a hydrogel, that can channel mechanical energy in one direction but not the other, acting in a “nonreciprocal” way. With this composite material–which can be constructed at various sizes–the team was able to use vibrational up-and-down movements to make liquid droplets rise within a material against gravity. Using this material could thus make it possible to make use of random vibrations and move matter in a preferred direction.

هدایت انرژی مکانیکی در جهت مطلوب

سایتاما، ژاپن | ارسال شده در 14 آوریل 2023

هدایت انرژی در جهت ترجیحی ویژگی مهمی است که در واقع زندگی را ممکن می کند. بسیاری از عملکردهای بیولوژیکی اساسی مانند فتوسنتز و تنفس سلولی با هدایت نوسانات تصادفی در طبیعت به روشی غیر متقابل امکان پذیر می شوند تا سیستمی را از آنتروپی فزاینده دور کنند، مانند دیو مشهور ماکسول. به عنوان مثال، دستگاه هایی که اجازه می دهند انرژی ترجیحا حرکت کند، در الکترونیک هستند، جایی که اجازه می دهند جریان AC به جریان DC تبدیل شود. دستگاه های مشابه در زمینه های فوتونیک، مغناطیس و صدا استفاده می شود. با این حال، علی‌رغم استفاده‌های بالقوه فراوان، ایجاد دستگاه‌هایی که انرژی مکانیکی را هدایت می‌کنند دشوارتر است.

Now, a RIKEN-led group has developed a remarkable but uniform material that is relatively easy to produce and can perform this function. To create it, the group used a hydrogel–a soft material made mainly of water and a polyacrylamide network–and embedded graphene oxide nanofillers into it at a tilted angle. The hydrogel is fixed to the floor, so that the top part can move when subjected to a shear force but not the bottom. And the fillers are set at a tilted angle, so that they angle clockwise from top to bottom. When a shear force is applied from right to left into the leaning nanofillers, they tend to buckle and hence lose their resistance. But if the force is from the other direction, and the nanofillers are facing away from it, the applied shear merely makes them stretch even longer, and they maintain their strength. This allows the sheet to deform in one direction but not the other, and in fact the group measured this difference, finding that the material was approximately 60 times as resistant in one direction than the other.

به عنوان آزمایشی برای نشان دادن اینکه این واقعاً چه کاری می تواند انجام دهد، آنها یک بلوک از مواد ایجاد کردند و آن را روی پایه ارتعاشی قرار دادند. بسته به جهت شیب نانوپرکننده‌های تعبیه‌شده، این ماده می‌توانست انرژی ارتعاشی را از طریق مواد هدایت کند تا قطرات به سمت راست یا چپ حرکت کنند. آنها همچنین می توانند از ارتعاشات برای به حرکت درآوردن یک حرکت دایره ای استفاده کنند که می تواند در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت کنترل شود. هنگام نصب پایه ارتعاشی به صورت عمودی، قطره‌های مایع رنگی که روی هیدروژل قرار می‌گرفتند، برخلاف جاذبه به سمت بالا حرکت می‌کردند. به این ترتیب، حرکات ارتعاشی متناوب، که معمولاً فایده ای ندارند، برای ایجاد حرکت خالص هدایت می شوند.

در نهایت، به عنوان یک آزمایش بیشتر، با همکاری محققان برنامه RIKEN Hakubi Fellows، این گروه کرم‌های Caenorhabditis elegans را روی ماده قرار دادند و اگرچه حرکات آنها معمولاً تصادفی است، اما در نهایت همه آنها به یک طرف یا طرف دیگر هیدروژل حرکت کردند. بسته به جهت شیب نانوپرکننده های تعبیه شده.

به گفته یاسوهیرو ایشیدا از مرکز RIKEN برای علوم مواد اضطراری که این پروژه را رهبری می‌کرد، «این یک نتیجه قابل توجه و شگفت‌انگیز بود، مشاهده اینکه چگونه انرژی مکانیکی می‌تواند ترجیحاً به یک جهت، به روشی واضح، و با استفاده از ماده‌ای که نسبتا آسان برای ساخت و کاملا مقیاس پذیر. در آینده قصد داریم کاربردهایی برای این ماده پیدا کنیم، با این امید که بتوانیم از آن برای استفاده موثر از انرژی ارتعاشی که تاکنون به عنوان ضایعات تلقی می شد استفاده کنیم.

####

برای اطلاعات بیشتر، لطفا کلیک کنید اینجا کلیک نمایید

تماس با ما:
ینس ویلکینسون
خوشمزه
دفتر: 81-484-621-424

اگر نظری دارید بفرمایید تماس با ما ما.

مسئولیت صحت محتوا به عهده صادرکنندگان انتشارات خبری است، نه موج هفتم، شرکت یا نانوتکنولوژی اکنون.

نشانک: