Channeling Mechanical Energy In A Preferred Direction

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Koti > lehdistö > Mekaanisen energian kanavointi haluttuun suuntaan

Tiivistelmä:
RIKEN Center for Emergent Matter Sciencen tutkijoiden johtama tutkimusryhmä on kehittänyt ainutlaatuisen materiaalin, joka perustuu hydrogeeliin upotettuihin nanotäyteaineisiin ja joka voi ohjata mekaanista energiaa yhteen suuntaan mutta ei toiseen, toimien "ei-vastavuoroisella" tavalla. Tällä komposiittimateriaalilla – jota voidaan rakentaa eri kokoisina – tiimi pystyi käyttämään värähteleviä ylös ja alas liikkeitä saadakseen nestepisarat nousemaan materiaalissa painovoimaa vastaan. Tämän materiaalin käyttö voisi siten mahdollistaa satunnaisten värähtelyjen hyödyntämisen ja aineen siirtämisen haluttuun suuntaan.

Mekaanisen energian kanavointi haluttuun suuntaan

Saitama, Japani | Julkaistu 14. huhtikuuta 2023

Energian kanavointi haluttuun suuntaan on tärkeä ominaisuus, joka todella tekee elämän mahdolliseksi. Monet biologiset perustoiminnot, kuten fotosynteesi ja soluhengitys, ovat mahdollisia kanavoimalla satunnaisia vaihteluja luonnossa ei-vastavuoroisella tavalla ajaakseen järjestelmän pois kasvavasta entropiasta, kuten kuuluisan Maxwellin demoni. Esimerkiksi laitteet, jotka sallivat energian liikkumisen ensisijaisesti, ovat elektroniikassa, jossa ne mahdollistavat vaihtovirran muuntamisen tasavirraksi. Samanlaisia laitteita käytetään fotoniikan, magnetismin ja äänen aloilla. Monista käyttömahdollisuuksista huolimatta mekaanista energiaa ohjaavien laitteiden luominen on kuitenkin osoittautunut vaikeammaksi.

Nyt RIKEN-johtoinen ryhmä on kehittänyt merkittävän, mutta yhtenäisen materiaalin, joka on suhteellisen helppo valmistaa ja joka pystyy suorittamaan tämän tehtävän. Sen luomiseen ryhmä käytti hydrogeeliä - pehmeää materiaalia, joka oli valmistettu pääasiassa vedestä ja polyakryyliamidiverkostosta - ja upotettiin siihen vinossa kulmassa grafeenioksidin nanotäyteaineita. Hydrogeeli on kiinnitetty lattiaan niin, että yläosa voi liikkua leikkausvoiman vaikutuksesta, mutta ei pohjaosa. Ja täyteaineet asetetaan kallistettuun kulmaan niin, että ne kulmaan myötäpäivään ylhäältä alas. Kun leikkausvoimaa kohdistetaan oikealta vasemmalle kallistuviin nanotäyteaineisiin, niillä on taipumus lommahtaa ja siten menettää vastustuskykynsä. Mutta jos voima tulee toisesta suunnasta ja nanotäyteaineet ovat siitä poispäin, käytetty leikkaus saa ne vain venymään vielä pidempään ja ne säilyttävät vahvuutensa. Tämä mahdollistaa levyn muodonmuutoksen yhteen suuntaan, mutta ei toiseen, ja itse asiassa ryhmä mittasi tämän eron ja havaitsi, että materiaali oli noin 60 kertaa kestävämpi yhteen suuntaan kuin toiseen.

Kokeena osoittaakseen, mitä tämä todella voisi tehdä, he loivat materiaalista kappaleen ja asettivat sen tärisevälle jalustalle. Upotettujen nanotäyteaineiden kallistussuunnasta riippuen materiaali kykeni kanavoimaan värähtelyenergiaa materiaalin läpi saadakseen pisarat liikkumaan oikealle tai vasemmalle. He voisivat myös käyttää värähtelyjä pyörittämään pyörivää liikettä, jota voitaisiin ohjata joko myötä- tai vastapäivään. Kun värähtelevää telinettä pystytettiin pystysuoraan, hydrogeelin päälle laitetut värilliset nestepisarat liikkuivat ylöspäin painovoimaa vastaan kuin taianomaisesti. Tällä tavalla kanavoitiin vuorottelevia värähtelyliikkeitä, joista ei yleensä ole mitään hyötyä.

Lopuksi, lisätestinä, yhteistyössä RIKEN Hakubi Fellows -ohjelman tutkijoiden kanssa ryhmä asetti Caenorhabditis elegans -matoja materiaalille, ja vaikka niiden liikkeet ovat yleensä satunnaisia, ne päätyivät kaikki liikkumaan hydrogeelin jommalle puolelle tai toiselle. , riippuen upotettujen nanotäyteaineiden kallistussuunnasta.

Projektia johtaneen RIKEN Center for Emergent Matter Sciencen Yasuhiro Ishidan mukaan "Se oli merkittävä ja yllättävä tulos, kun nähtiin, kuinka mekaanista energiaa voitiin ohjata yhteen suuntaan ensisijaisesti, niin selkeällä tavalla ja käyttämällä materiaalia, joka on melko helppo tehdä ja melko skaalautuva. Tulevaisuudessa aiomme löytää sovelluksia tälle materiaalille siinä toivossa, että voimme hyödyntää sen avulla tehokkaasti värähtelyenergiaa, jota tähän asti on pidetty hukkaan.

####

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
Jens Wilkinson
RIKEN
Toimisto: 81-484-621-424

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: