211service.com
Viegls kā gaiss, karstumizturīgi nanocaurules muskuļi
Oglekļa nanocauruļu lentes, ko izstrādājuši pētnieki Teksasas Universitātē Dalasā, ir stiprākas par tēraudu, tikpat elastīgas kā gumija un vieglas kā gaiss. Lentes, kas izgatavotas no garām, sapinušām 11 nanometru biezām nanocaurulēm, var izstiepties vairāk nekā trīs reizes platumā par normālu, taču tās ir stingrākas un stiprākas nekā tērauds vai Mylar gareniski. Tie var paplašināties un sarauties tūkstošiem reižu un izturēt temperatūru no -190 līdz vairāk nekā 1600 °C. Turklāt tie ir gandrīz tikpat viegli kā gaiss un ir caurspīdīgi, vadoši un elastīgi.
Balonu caurules: Šajā ilustrācijā ir parādīta gaisīga oglekļa nanocaurules materiāla divus milimetrus platas sloksnes iekšpuse, kas izplešas līdz vairāk nekā trīs reizes platumam, kad tai tiek pielikts piecu kilovoltu spriegums.
Materiāls, kas prezentēts žurnālā Zinātne šonedēļ izstrādāja Rejs Bogmens , direktors Nanotehnoloģiju institūts UT Dalasā, kas izstrādā dažādu veidu mākslīgos muskuļus, kuru pamatā ir oglekļa nanocaurules protezēšanai un robotikai. Šie materiāli maina formu un izmēru, reaģējot uz elektriskiem vai ķīmiskiem signāliem; daži izplešas līdz pat 1 procentam un iedarbojas 100 reižu vairāk spēka nekā cilvēka dabīgie muskuļi tajā pašā zonā.
No otras puses, jaunie izpildmehānismi paplašinās līdz pat 200 procentiem, bet rada nelielus spēkus uz laukuma vienību, padarot tos par ideāliem daudzām lietojumprogrammām, tostarp robotikai. Tomēr to jaunās īpašības, jo īpaši temperatūras diapazons, varētu pavērt aizraujošus jaunus lietojumus. Neviena cita izpildmehānisma tehnoloģija nevar nodrošināt iedarbināšanu šajās ekstremālās temperatūrās, saka Baughman. Un šie iedarbināšanas rādītāji ir milzīgi.
Qibing Pei , materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors Kalifornijas Universitātē, Losandželosā, uzskata, ka materiāls varētu būt labs kandidāts lidmašīnu spārniem, kas maina formu. Pei ir izstrādājis polimēru izpildmehānismus, kas izplešas līdz pat 400 procentiem un darbojas no -40 līdz 200 °C.
Tā kā nanocauruļu lentes ir īpaši vieglas un var izturēt ārkārtējas temperatūras, tās, iespējams, varētu būt noderīgas arī formu mainošu kosmosa kuģu daļu izgatavošanai, saka. Jozefs Bārs-Koens , vecākais pētnieks NASA reaktīvo dzinēju laboratorijā Pasadenā, Kalifornijā. Viņš saka, ka ir aizraujoši, ka materiāls šādi darbojas plašā temperatūras diapazonā. Vienā pusē mums ir Marss, bet otrā pusē Venēra. To temperatūra ir šī materiāla darbības diapazonā.
Bet pagaidām Baughman un viņa kolēģi koncentrējas uz materiāla optiskajiem lietojumiem. Tā kā oglekļa nanocaurules ir ļoti vadošas, elastīgās loksnes, iespējams, varētu izmantot, lai izgatavotu saules bateriju elektrodus un organiskās gaismas diodes ar kontrolējamu caurspīdīgumu un vadītspēju. Šim lietojumam vēlaties pielāgot oglekļa nanocauruļu blīvumu uz laukuma vienību, saka Baughman. Tas nosaka lapas caurspīdīgumu. Iekš Zinātne papīra, pētnieki parāda, ka lentes var uzklāt uz silīcija substrāta to paplašinātā, caurspīdīgākā stāvoklī. Lentes arī izkliedē gaismu, lai tās varētu izrādīties noderīgas optiskajos sakaros. Mainot to izmērus, dažādos virzienos tiek raidīti dažādi gaismas viļņu garumi.
Pētnieki izgatavo materiālu, audzējot sapinušās oglekļa nanocaurules un pēc tam ievelkot savītus nanocauruļu kūļus lentēs. Kad sloksnēm tiek pielikts spriegums, nanocaurules tiek uzlādētas un atgrūž viena otru, liekot materiālam izplesties. Tas parasti atgriežas sākotnējā stāvoklī, kad spriegums tiek noņemts.
Lentēm, iespējams, joprojām būs jāģenerē lielāks spēks, lai tās būtu praktiskas daudzos lietojumos. Šobrīd tie rada 32 reizes lielāku spēku uz laukuma vienību nekā sirds muskuļi, kas ir daudz, ņemot vērā to nanomēroga izmērus. Ians Hanters , mašīnbūves profesors MIT. Tomēr elektroaktīvie polimēri rada līdz pat astoņām reizēm lielāku spēku uz laukuma vienību nekā nanocaurules loksnes. Mākslīgajiem muskuļiem ir nepieciešamas lielas spēka izmaiņas kopā ar lielām garuma izmaiņām, saka Hanters.
Arī polimēru izpildmehānismiem ir nepieciešami tikai daži volti, lai tie sarautos. Turpretim lentēm ir nepieciešami trīs līdz pieci kilovolti, kas, pēc Hantera teiktā, ir pārāk augsts lietošanai cilvēkiem un augstāks nekā ideāls robotikai. Tomēr viņš piebilst, ka nanocauruļu lentes atradīs daudz svarīgu pielietojumu, jo tās maina izmērus daudz ātrāk nekā esošie polimēru izpildmehānismi.
Īpaši zemais lokšņu blīvums varētu būt iemesls, kāpēc tās nerada lielus spēkus. Džons Madens , elektriskās un datortehnikas profesors Britu Kolumbijas Universitātē Vankūverā, Kanādā, ierosina, ka viens no veidiem, kā palielināt to pievadīto spēku, varētu būt padarīt loksnes blīvākas un palielināt nanocauruļu savstarpējās bloķēšanas pakāpi.