Channeling Mechanical Energy In A Preferred Direction

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > Направление механической энергии в предпочтительном направлении

Абстрактные:
Исследовательская группа под руководством ученых из RIKEN Center for Emergent Matter Science разработала уникальный материал на основе нанонаполнителей, встроенных в гидрогель, который может направлять механическую энергию в одном направлении, но не в другом, действуя «невзаимно». С помощью этого композитного материала, который может быть изготовлен в различных размерах, команда смогла использовать вибрационные движения вверх и вниз, чтобы заставить капли жидкости подниматься внутри материала против силы тяжести. Таким образом, использование этого материала может позволить использовать случайные вибрации и перемещать материю в предпочтительном направлении.

Направление механической энергии в предпочтительном направлении

Сайтама, Япония | Опубликовано 14 апреля 2023 г.

Направление энергии в предпочтительном направлении — важное свойство, которое делает жизнь возможной. Многие основные биологические функции, такие как фотосинтез и клеточное дыхание, стали возможными благодаря тому, что случайные флуктуации в природе невзаимно направляются, чтобы увести систему от возрастающей энтропии, подобно знаменитому демону Максвелла. Например, устройства, которые позволяют энергии перемещаться преимущественно в электронике, где они позволяют преобразовывать переменный ток в постоянный. Подобные устройства используются в области фотоники, магнетизма и звука. Однако, несмотря на множество потенциальных применений, создание устройств, направляющих механическую энергию, оказалось более сложной задачей.

Теперь группа под руководством RIKEN разработала замечательный, но однородный материал, который относительно прост в производстве и может выполнять эту функцию. Для его создания группа использовала гидрогель — мягкий материал, состоящий в основном из воды и полиакриламидной сетки — и внедрила в него нанонаполнители из оксида графена под наклонным углом. Гидрогель крепится к полу, так что верхняя часть может двигаться под действием сдвигающей силы, а нижняя — нет. И наполнители установлены под наклонным углом, так что они поворачиваются по часовой стрелке сверху вниз. Когда сила сдвига прикладывается справа налево к наклонным нанонаполнителям, они имеют тенденцию изгибаться и, следовательно, теряют свое сопротивление. Но если сила направлена в другую сторону, и нанонаполнители обращены от нее, приложенный сдвиг просто заставляет их растягиваться еще дольше, и они сохраняют свою прочность. Это позволяет листу деформироваться в одном направлении, но не в другом, и на самом деле группа измерила эту разницу, обнаружив, что материал был примерно в 60 раз более устойчивым в одном направлении, чем в другом.

В качестве эксперимента, чтобы продемонстрировать, что это на самом деле может сделать, они создали блок материала и поместили его на вибрирующую подставку. В зависимости от направления наклона встроенных нанонаполнителей материал мог направлять вибрационную энергию через материал, заставляя капли двигаться вправо или влево. Они также могли использовать вибрации для управления круговым движением, которое можно было контролировать по часовой стрелке или против часовой стрелки. При вертикальной установке вибростенда капли окрашенной жидкости, помещенные на гидрогель, двигались вверх против силы тяжести, как по волшебству. Таким образом, чередующиеся вибрационные движения, которые обычно бесполезны, направлялись для создания чистого движения.

Наконец, в качестве дополнительного теста, в сотрудничестве с исследователями из программы RIKEN Hakubi Fellows, группа поместила червей Caenorhabditis elegans на материал, и, хотя их движения обычно случайны, в конечном итоге все они перемещались в одну или другую сторону гидрогеля. , в зависимости от направления наклона внедренных нанонаполнителей.

По словам Ясухиро Исиды из RIKEN Center for Emergent Matter Science, руководившего проектом, «это был замечательный и удивительный результат: увидеть, как механическая энергия может быть направлена в одном направлении, таким ясным образом, и с использованием материала, который довольно легко сделать и довольно масштабируемым. В будущем мы планируем найти применение этому материалу в надежде, что сможем использовать его для эффективного использования вибрационной энергии, которая до сих пор считалась пустой тратой».

####

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Йенс Уилкинсон
RIKEN
Офис: 81-484-621-424

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: