Библиотека по физике Библиотека по физике
Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


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.

Диаметр этой нити, свитой из нанотрубок, составляет 3,8 микрометра. Для эффекта вращения важно, что отдельные нанотрубки здесь идут под углом к оси нити (фото University of Texas at Dallas)
Диаметр этой нити, свитой из нанотрубок, составляет 3,8 микрометра. Для эффекта вращения важно, что отдельные нанотрубки здесь идут под углом к оси нити (фото University of Texas at Dallas)

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.

Схема первого опыта. Слева направо — дополнительный контрольный электрод, основной электрод с нанотрубочной пряжей нанотрубки и второй электрод. Жёлтым показана вертушка (лопасти), играющая роль нагрузки для этого мотора (иллюстрация University of Texas at Dallas)
Схема первого опыта. Слева направо — дополнительный контрольный электрод, основной электрод с нанотрубочной пряжей нанотрубки и второй электрод. Жёлтым показана вертушка (лопасти), играющая роль нагрузки для этого мотора (иллюстрация University of Texas at Dallas)

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.

Прототип смесителя. Ширина канала с красками – 3 миллиметра. Справа – увеличенный снимок «вертушки» (фото University of Texas at Dallas)
Прототип смесителя. Ширина канала с красками – 3 миллиметра. Справа – увеличенный снимок «вертушки» (фото University of Texas at Dallas)

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




Пользовательского поиска




Пять неожиданных и грандиозных открытий физики

Мария Склодовская-Кюри - единственная в истории женщина, получившая две Нобелевские премии

Нобелевская премия по физике — 2017 - за решающий вклад в создание детектора LIGO и регистрацию гравитационных волн

Виталий Гинзбург, лауреат Нобелевской премии по физике 2003 г.

Физики превратили непроводящий полимер в полупроводник силой звука

Десять невозможных вещей, ставших возможными благодаря современной физике

Физики нашли возможную брешь в Стандартной модели

Ученые объяснили звуки метеоров

Теория эмерджентности: что такое реальность?

Ученые математически доказали недостижимость абсолютного нуля температуры

Четыре крупнейших ошибки в научной жизни Эйнштейна






© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'PhysicLib.ru: Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru