24.11.2011

Физики испытали вращающиеся мышцы из нанотрубок

Нити из нанотрубок развивают колоссальное для своего размера и веса усилие, говорят учёные. В проведённом недавно опыте одна такая нить за секунду разогнала до нескольких оборотов в секунду лопасти, которые были на два порядка тяжелее и крупнее её.

Новое достижение – это развитие работы, начатой ещё в 2006 году. Тогда американцы показали, что сплетённые вместе углеродные нанотрубки в определённых условиях могут создавать тяговое усилие.

Вот и новый мотор на искусственных мышцах учёные построили из нанотрубочной пряжи. Её авторы опытов поместили в жидкость, проводящую ионы, и добавили в сосуд электроды для создания разности потенциалов между углеродной нитью и электролитом.

Работает система следующим образом. Когда к нити прикладывается напряжение (-3 вольта), ионы из раствора мигрируют в поры пряжи, чтобы компенсировать заряд. В этот момент нить становится своего рода конденсатором.

Наполнение ионами увеличивает объём нити, она разбухает, сокращается в длину и за счёт наклона отдельных нанотрубочных волокон создаёт крутящий момент. Заряженная таким образом нить начинает быстро раскручиваться. Темп вращения достигает 590 ^об/_мин.

Один погонный миллиметр такой мышцы способен обернуться вокруг своей оси 250 раз, передаёт PhysOrg.com. Это в тысячу раз больше, чем у любых искусственных мышц, созданных на основе сегнетоэлектриков, проводящих полимеров, или сплавов с памятью формы. А ведь учёные научились плести углеродные нити длиной в сантиметры...

После достижения предельного числа оборотов закреплённая с концов нить прекращает работу, но смена полярности напряжения заставляет её вращаться в обратную сторону. Это свойство нанотрубочных мышц можно использовать для привода различных микроскопических механизмов.

В качестве примера учёные построили прототип микрожидкостного смесителя. В нём была задействована нить потолще – диаметром 15 микрометров. Посередине нити закрепили прямоугольные лопасти. Они были погружены в поток жидкости, содержащий две краски – синюю и жёлтую. Сама нить была погружена в электролит, и к ней подвели тонкие проводки. Меняя напряжение на контактах, учёные добились вращения лопастей смесителя.

Физики посчитали, что удельная (по отношению к весу) мощность мышцы из нанотрубочной пряжи сравнима с удельной мощностью крупных электромоторов, а ведь последние с уменьшением размеров сильно теряют в этом показателе. Авторы работы считают, что подобный механизм можно существенно сократить в размерах и применять в разнообразных химических чипах-анализаторах.

Леонид Попов

Источники:

1. MEMBRANA