Channeling Mechanical Energy In A Preferred Direction

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Kierowanie energii mechanicznej w preferowanym kierunku

Abstrakcyjny:
Grupa badawcza kierowana przez naukowców z RIKEN Center for Emergent Matter Science opracowała unikalny materiał oparty na nanonapełniaczach osadzonych w hydrożelu, który może kierować energię mechaniczną w jednym kierunku, ale nie w drugim, działając w sposób „niewzajemny”. Dzięki temu materiałowi kompozytowemu, który można konstruować w różnych rozmiarach, zespołowi udało się zastosować wibracyjne ruchy w górę i w dół, aby spowodować unoszenie się kropelek cieczy w materiale wbrew grawitacji. Wykorzystanie tego materiału mogłoby zatem umożliwić wykorzystanie przypadkowych wibracji i przemieszczanie materii w preferowanym kierunku.

Kierowanie energii mechanicznej w preferowanym kierunku

Saitama, Japonia | Opublikowano 14 kwietnia 2023 r

Kierowanie energii w preferowanym kierunku jest ważną właściwością, która faktycznie umożliwia życie. Wiele podstawowych funkcji biologicznych, takich jak fotosynteza i oddychanie komórkowe, jest możliwych dzięki kierowaniu losowymi fluktuacjami w przyrodzie w sposób niewzajemny, aby odsunąć system od rosnącej entropii, jak w przypadku słynnego demona Maxwella. Na przykład urządzenia umożliwiające preferowany przepływ energii znajdują się w elektronice, gdzie umożliwiają przekształcanie prądu przemiennego w prąd stały. Podobne urządzenia są stosowane w dziedzinie fotoniki, magnetyzmu i dźwięku. Jednak pomimo wielu potencjalnych zastosowań, stworzenie urządzeń kierujących energię mechaniczną okazało się trudniejsze.

Obecnie grupa kierowana przez RIKEN opracowała niezwykły, ale jednolity materiał, który jest stosunkowo łatwy w produkcji i może spełniać tę funkcję. Do jego stworzenia grupa użyła hydrożelu – miękkiego materiału składającego się głównie z wody i sieci poliakryloamidowej – i osadziła w nim pod kątem nanonapełniacze tlenku grafenu. Hydrożel jest przymocowany do podłogi, dzięki czemu górna część może się poruszać pod wpływem siły ścinającej, ale nie dolna. Wypełniacze są ustawione pod kątem pochylonym, tak aby były ustawione pod kątem zgodnym z ruchem wskazówek zegara od góry do dołu. Kiedy siła ścinająca jest przykładana od prawej do lewej strony do pochylonych nanonapełniaczy, mają one tendencję do wyginania się i w związku z tym tracą swoją odporność. Jeśli jednak siła działa z przeciwnego kierunku, a nanonapełniacze są zwrócone w przeciwnym kierunku, zastosowane ścinanie jedynie powoduje, że rozciągają się one jeszcze bardziej i zachowują swoją wytrzymałość. Dzięki temu arkusz może odkształcać się w jednym kierunku, ale nie w drugim, i faktycznie grupa zmierzyła tę różnicę, stwierdzając, że materiał był około 60 razy bardziej wytrzymały w jednym kierunku niż w drugim.

W ramach eksperymentu mającego zademonstrować, co to faktycznie może zrobić, utworzyli blok materiału i umieścili go na wibrującym stojaku. W zależności od kierunku nachylenia osadzonych nanowpełniaczy materiał był w stanie skierować energię wibracyjną przez materiał, powodując przemieszczanie się kropelek w prawo lub w lewo. Mogliby również wykorzystać wibracje do wywołania ruchu okrężnego, który można sterować zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Podczas ustawiania stojaka wibracyjnego w pionie krople kolorowego płynu umieszczone na hydrożelu poruszały się w górę wbrew grawitacji, jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki. W ten sposób naprzemienne ruchy wibracyjne, które zwykle nie przynoszą żadnego efektu, zostały skierowane w celu wytworzenia ruchu sieciowego.

Wreszcie, w ramach kolejnego testu, we współpracy z badaczami z programu RIKEN Hakubi Fellows, grupa umieściła na materiale robaki Caenorhabditis elegans i chociaż ich ruchy są zwykle przypadkowe, ostatecznie wszystkie przemieszczały się w jedną lub drugą stronę hydrożelu , w zależności od kierunku pochylenia osadzonych nanonapełniaczy.

Według Yasuhiro Ishidy z RIKEN Center for Emergent Matter Science, który kierował projektem, „był to niezwykły i zaskakujący wynik, gdy zobaczył, jak energia mechaniczna może być kierowana w jednym kierunku preferencyjnie, w tak przejrzysty sposób, i przy użyciu materiału, który jest raczej łatwe do wykonania i dość skalowalne. W przyszłości planujemy znaleźć zastosowania dla tego materiału, mając nadzieję, że uda nam się go wykorzystać do efektywnego wykorzystania energii wibracyjnej, która do tej pory była postrzegana jako odpad”.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Jensa Wilkinsona
RIKEN
Biuro: 81-484-621-424

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: