Спрямування механічної енергії в бажаному напрямку

Перевидано Платоном

читають: 0

Головна > прес > Спрямування механічної енергії в бажаному напрямку

Анотація:
Дослідницька група під керівництвом вчених з RIKEN Center for Emergent Matter Science розробила унікальний матеріал на основі нанонаповнювачів, вбудованих у гідрогель, який може направляти механічну енергію в одному напрямку, але не в іншому, діючи «невзаємно». За допомогою цього композиційного матеріалу, який можна створити різних розмірів, команда змогла використовувати вібраційні рухи вгору-вниз, щоб змусити краплі рідини підніматися всередині матеріалу проти сили тяжіння. Таким чином, використання цього матеріалу може зробити можливим використання випадкових коливань і рух матерії в бажаному напрямку.

Спрямування механічної енергії в бажаному напрямку

Сайтама, Японія | Опубліковано 14 квітня 2023 р

Спрямування енергії у бажаному напрямку є важливою властивістю, яка насправді робить життя можливим. Багато основних біологічних функцій, таких як фотосинтез і клітинне дихання, стають можливими завдяки невзаємному спрямуванню випадкових коливань у природі, щоб відштовхнути систему від збільшення ентропії, як у знаменитого демона Максвелла. Наприклад, пристрої, які дозволяють енергії переміщатися переважно в електроніці, де вони дозволяють змінному струму перетворюватися на постійний. Подібні пристрої використовуються в галузях фотоніки, магнетизму та звуку. Однак, незважаючи на багато потенційних застосувань, створення пристроїв, які направляють механічну енергію, виявилося складнішим.

Тепер група під керівництвом RIKEN розробила чудовий, але однорідний матеріал, який відносно легко виробляти та може виконувати цю функцію. Для його створення група використала гідрогель — м’який матеріал, що складається переважно з води та поліакриламідної сітки — і вставила в нього нанонаповнювачі з оксиду графену під кутом нахилу. Гідрогель закріплений на підлозі, так що верхня частина може рухатися під дією зсуву, але не нижня. Причому наповнювачі встановлюються під кутом нахилу, щоб вони рухалися за годинниковою стрілкою зверху вниз. Коли сила зсуву прикладається справа наліво до нанонаповнювачів, що нахиляються, вони мають тенденцію вигинатися і, отже, втрачати опір. Але якщо сила діє з іншого напрямку, і нанонаповнювачі спрямовані проти неї, прикладений зсув просто змушує їх розтягуватися ще довше, і вони зберігають свою міцність. Це дозволяє аркушу деформуватися в одному напрямку, але не в іншому, і фактично група виміряла цю різницю, виявивши, що матеріал був приблизно в 60 разів більш стійким в одному напрямку, ніж в іншому.

В якості експерименту, щоб продемонструвати, що це насправді може зробити, вони створили блок матеріалу та помістили його на вібраційний стенд. Залежно від напрямку нахилу вбудованих нанонаповнювачів матеріал міг направляти вібраційну енергію через матеріал, щоб краплі рухалися вправо або вліво. Вони також могли використовувати вібрації для руху по колу, яким можна керувати як за годинниковою стрілкою, так і проти неї. При встановленні вібраційного стенду вертикально краплі кольорової рідини, які були розміщені на гідрогелі, рухалися вгору проти сили тяжіння, як за помахом чарівної палички. Таким чином, змінні вібраційні рухи, які зазвичай не приносять жодної користі, були спрямовані для створення чистого руху.

Нарешті, в якості подальшого тесту, у співпраці з дослідниками з програми RIKEN Hakubi Fellows, група помістила черв’яків Caenorhabditis elegans на матеріал, і хоча їхні рухи зазвичай випадкові, вони в кінцевому підсумку рухалися то в одну, то в іншу сторону гідрогелю. залежно від напрямку нахилу вбудованих нанонаповнювачів.

За словами Ясухіро Ішіди з Центру дослідження нових матерій RIKEN, який керував проектом, «це був чудовий і дивовижний результат, коли ми побачили, як механічну енергію можна направити переважно в одному напрямку, у такий чіткий спосіб, і використовуючи матеріал, який досить простий у виготовленні та досить масштабований. У майбутньому ми плануємо знайти застосування для цього матеріалу з надією, що ми зможемо використовувати його для ефективного використання вібраційної енергії, яка досі вважалася відходами».

####

Для отримання додаткової інформації натисніть тут

Контакти:
Єнс Вілкінсон
RIKEN
Кабінет: 81-484-621-424

Якщо у вас є коментар, будь ласка Контакти нам.

Видавці випусків новин, а не 7th Wave, Inc. або Nanotechnology Now, несуть повну відповідальність за точність змісту.

Закладка: