Kanalisering av mekanisk energi i en foretrukket retning

Publisert av Platon

Følgere: 0

Hjemprodukt > Press > Kanalisering av mekanisk energi i en foretrukket retning

Abstrakt:
En forskningsgruppe ledet av forskere fra RIKEN Center for Emergent Matter Science har utviklet et unikt materiale, basert på nanofyllstoffer innebygd i en hydrogel, som kan kanalisere mekanisk energi i den ene retningen, men ikke den andre, og virker på en "ikke-resiprok" måte. Med dette komposittmaterialet – som kan konstrueres i forskjellige størrelser – var teamet i stand til å bruke vibrerende opp-og-ned-bevegelser for å få væskedråper til å stige i et materiale mot tyngdekraften. Bruk av dette materialet kan dermed gjøre det mulig å gjøre bruk av tilfeldige vibrasjoner og flytte materie i en foretrukket retning.

Kanalisering av mekanisk energi i en foretrukket retning

Saitama, Japan | Lagt ut 14. april 2023

Å kanalisere energi i en foretrukket retning er en viktig egenskap som faktisk gjør livet mulig. Mange grunnleggende biologiske funksjoner som fotosyntese og cellulær respirasjon er gjort mulig ved å kanalisere tilfeldige svingninger i naturen på en ikke-gjensidig måte, for å drive et system bort fra økende entropi, som den berømte Maxwells demon. For eksempel er enheter som lar energi fortrinnsvis bevege seg innen elektronikk, der de lar vekselstrøm transformeres til likestrøm. Lignende enheter brukes innen fotonikk, magnetisme og lyd. Men til tross for de mange potensielle bruksområdene, har det vist seg å være vanskeligere å lage enheter som kanaliserer mekanisk energi.

Nå har en RIKEN-ledet gruppe utviklet et bemerkelsesverdig, men enhetlig materiale som er relativt enkelt å produsere og kan utføre denne funksjonen. For å lage den brukte gruppen en hydrogel - et mykt materiale hovedsakelig laget av vann og et polyakrylamidnettverk - og innebygde grafenoksid-nanofyllstoffer i den i en skrå vinkel. Hydrogelen er festet til gulvet, slik at den øvre delen kan bevege seg når den utsettes for en skjærkraft, men ikke bunnen. Og fyllene er satt i skrå vinkel, slik at de vinkler med klokken fra topp til bunn. Når en skjærkraft påføres fra høyre til venstre inn i de skjeve nanofyllene, har de en tendens til å spenne seg og dermed miste motstanden. Men hvis kraften er fra den andre retningen, og nanofyllstoffene vender bort fra den, får den påførte skjærkraften dem bare til å strekke seg enda lenger, og de opprettholder styrken. Dette gjør at arket kan deformeres i én retning, men ikke i den andre, og faktisk målte gruppen denne forskjellen, og fant ut at materialet var omtrent 60 ganger så motstandsdyktig i den ene retningen enn den andre.

Som et eksperiment for å demonstrere hva dette faktisk kunne gjøre, laget de en blokk av materialet og plasserte den på et vibrerende stativ. Avhengig av vipperetningen til de innebygde nanofyllstoffene, var materialet i stand til å kanalisere vibrasjonsenergien gjennom materialet for å få dråper til å bevege seg til høyre eller venstre. De kan også bruke vibrasjonene til å drive en sirkulær bevegelse som kan kontrolleres til å være enten med eller mot klokken. Når vibrasjonsstativet ble satt opp vertikalt, beveget dråper av farget væske som ble plassert på hydrogelen seg oppover mot tyngdekraften som ved magi. På denne måten ble vekslende vibrasjonsbevegelser, som vanligvis ikke er til noen nytte, kanalisert for å skape nettbevegelse.

Til slutt, som en ytterligere test, i samarbeid med forskere fra RIKEN Hakubi Fellows-programmet, plasserte gruppen Caenorhabditis elegans-ormer på materialet, og selv om bevegelsene deres vanligvis er tilfeldige, endte de opp med at de alle beveget seg til den ene eller den andre siden av hydrogelen. , avhengig av vipperetningen til de innebygde nanofillerne.

I følge Yasuhiro Ishida fra RIKEN Center for Emergent Matter Science som ledet prosjektet, "Det var et bemerkelsesverdig og overraskende resultat, å se hvordan mekanisk energi kan kanaliseres i én retning fortrinnsvis, på en så tydelig måte, og ved å bruke et materiale som er ganske enkel å lage og ganske skalerbar. I fremtiden planlegger vi å finne bruksområder for dette materialet, med håp om at vi kan bruke det til å gjøre effektiv bruk av vibrasjonsenergi som til nå har blitt sett på som avfall.»

####

For mer informasjon, klikk her.

Kontakter:
Jens Wilkinson
RIKEN
Kontor: 81-484-621-424

Hvis du har en kommentar, vær så snill Kontakt oss.

Utstedere av nyhetsutgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlig for nøyaktigheten av innholdet.

Bokmerke: