Naukowcy opracowują nowe materiały, które poruszają się w odpowiedzi na światło

Spotkanie informacyjne dot. konkursów GAMEINN oraz Projekty Aplikacyjne PO IR (15.03.2019) część 1 (Lipiec 2019).

Anonim

Naukowcy z Tufts University School of Engineering opracowali magnetyczne kompozyty elastomerowe, które poruszają się w różny sposób pod wpływem światła, podnosząc możliwość, że materiały te mogą umożliwić szeroką gamę produktów, które wykonują proste lub złożone ruchy, od małych silników i zaworów do paneli słonecznych które schylają się w kierunku światła słonecznego. Badania opisano w artykule opublikowanym dzisiaj w Proceedings of National Academy of Sciences.

W biologii jest wiele przykładów, w których światło wywołuje ruch lub zmianę - myśl o kwiatach i liściach zwróconych w kierunku światła słonecznego. Materiały uruchamiane światłem powstałe w tym badaniu opierają się na zasadzie temperatury Curie - temperatury, powyżej której niektóre materiały zmieniają swoje właściwości magnetyczne. Ogrzewając i chłodząc materiał magnetyczny, można wyłączyć i włączyć jego magnetyzm. Biopolimery i elastomery domieszkowane ferromagnetycznym CrO2 będą się nagrzewać, gdy zostaną wystawione na działanie światła lasera lub światła słonecznego, tymczasowo tracą swoje właściwości magnetyczne, dopóki nie ostygną ponownie. Podstawowe ruchy materiału, ukształtowane w folie, gąbki i hydrożele, są indukowane przez pobliskie stałe lub elektromagnesy i mogą wykazywać zginanie, skręcanie i rozszerzanie.

"Moglibyśmy połączyć te proste ruchy w bardziej złożone ruchy, takie jak czołganie się, chodzenie lub pływanie" - powiedział doktor Fiorenzo Omenetto, autor publikacji i Frank C. Doble profesor inżynierii w Szkole Inżynierskiej w Kępki. "A ruchy te mogą być wyzwalane i kontrolowane bezprzewodowo, za pomocą światła."

Zespół Omenetto zademonstrował niektóre z tych złożonych ruchów, konstruując miękkie chwytaki, które wychwytują i uwalniają przedmioty w odpowiedzi na podświetlenie. "Jedną z zalet tych materiałów jest to, że możemy selektywnie aktywować fragmenty struktury i kontrolować je za pomocą zlokalizowanego lub skupionego światła", powiedział Meng Li, pierwszy autor artykułu "I w odróżnieniu od innych lekkich uruchamianych materiałów opartych na ciekłych kryształach" Materiały te można kształtować tak, aby poruszały się w kierunku lub w kierunku przeciwnym do kierunku światła Wszystkie te cechy składają się na możliwość tworzenia dużych i małych obiektów o złożonych, skoordynowanych ruchach. "

Aby wykazać tę wszechstronność, naukowcy skonstruowali prosty "silnik Curie". Lekka uruchamiana folia została ukształtowana w pierścień i zamontowana na słupku igły. Umieszczony w pobliżu magnesu stałego, gdy laser został skupiony na ustalonym punkcie pierścienia, lokalnie demagnetyzuje tę część pierścienia, tworząc niezrównoważoną siłę netto, która powoduje obrót pierścienia. Kiedy się odwraca, rozmagnesowany punkt odzyskuje swoje namagnesowanie i nowy punkt jest oświetlany i rozmagnesowywany, powodując ciągły obrót silnika.

Materiały użyte do wytworzenia lekkich materiałów wzbudzanych obejmują polidimetylsoloksan (PDMS), który jest szeroko stosowanym przezroczystym elastomerem często ukształtowanym w elastyczne folie i jedwabiu fibroin, który jest wszechstronnym biokompatybilnym materiałem o doskonałych właściwościach optycznych, który może być ukształtowany w szeroką gamę formy - od filmów po żele, nici, bloki i gąbki.

"Dzięki dodatkowemu układowi materiałów, lekkiemu wzornictwu i sterowaniu polem magnetycznym, teoretycznie moglibyśmy osiągnąć jeszcze bardziej skomplikowane i precyzyjne ruchy, takie jak składanie i rozkładanie, mikroprzepływowe przełączanie zaworów, silniki mikro i nanometryczne i wiele innych", powiedział Omenetto.

menu
menu