211service.com
Lengvi kaip oras, karščiui atsparūs nanovamzdelių raumenys
Teksaso universiteto Dalaso mokslininkų sukurtos anglies nanovamzdelių juostelės yra tvirtesnės už plieną, elastingos kaip guma ir lengvos kaip oras. Juostos, pagamintos iš ilgų, susipynusių 11 nanometrų storio nanovamzdelių, gali ištempti daugiau nei tris kartus į įprastą plotį, tačiau išilgai yra standesnės ir tvirtesnės nei plienas ar Mylar. Jie gali išsiplėsti ir susitraukti tūkstančius kartų bei atlaikyti temperatūrą nuo -190 iki daugiau nei 1600 °C. Be to, jie yra beveik tokie pat lengvi kaip oras ir yra skaidrūs, laidūs ir lankstūs.
Oro balionų vamzdžiai: Šioje iliustracijoje pavaizduota dviejų milimetrų pločio juostos iš erdvios anglies nanovamzdelio medžiagos, kuri išsiplečia iki daugiau nei tris kartus pločio, kai jai taikoma penkių kilovoltų įtampa, vidus.
Medžiaga, pateikta žurnale Mokslas šią savaitę sukūrė Rėjus Baughmanas , direktorius Nanotech institutas UT Dalase, kuris kuria įvairius anglies nanovamzdelių pagrindu pagamintus dirbtinius raumenis, skirtus protezavimui ir robotikai. Šios medžiagos keičia formą ir dydį, reaguodamos į elektrinius ar cheminius signalus; kai kurie išsiplečia iki 1 procento ir tame pačiame plote veikia 100 kartų didesnę jėgą nei natūralus žmogaus raumuo.
Kita vertus, naujos pavaros plečiasi iki 200 procentų, tačiau sukuria mažas jėgas ploto vienetui, todėl jos nėra idealios daugeliui programų, įskaitant robotiką. Tačiau jų naujos savybės, ypač jų temperatūros diapazonas, gali atverti įdomių naujų pritaikymų. Jokia kita pavaros technologija negali veikti esant tokioms ekstremalioms temperatūroms, sako Baughmanas. Ir šie paleidimo rodikliai yra milžiniški.
Qibing Pei , medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius iš Kalifornijos universiteto Los Andžele, mano, kad medžiaga galėtų būti tinkama kandidatė į formą keičiančius lėktuvo sparnus. Pei sukūrė polimerines pavaras, kurios plečiasi iki 400 procentų ir veikia nuo -40 iki 200 °C.
Kadangi nanovamzdelių juostelės yra ypač lengvos ir gali atlaikyti ekstremalias temperatūras, jos taip pat gali būti naudingos gaminant formą keičiančias erdvėlaivio dalis, sakoma pranešime. Yosephas Bar-Cohenas , NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijos Pasadenoje, Kalifornijoje, vyresnysis mokslo darbuotojas. Įdomu, kad medžiaga taip elgiasi plačiame temperatūrų diapazone, sako jis. Vienoje pusėje turime Marsą, o kitoje – Venerą. Jų temperatūra atitinka šios medžiagos veikimo diapazoną.
Tačiau kol kas Baughmanas ir jo kolegos daugiausia dėmesio skiria medžiagos optiniams pritaikymams. Kadangi anglies nanovamzdeliai yra labai laidūs, iš lanksčių lakštų galbūt būtų galima gaminti saulės elementų elektrodus ir organinius šviesos diodus su kontroliuojamu skaidrumu ir laidumu. Šiai programai norite sureguliuoti anglies nanovamzdelių tankį ploto vienete, sako Baughmanas. Tai lemia, kiek skaidrumo turi lapas. Viduje konors Mokslas popieriuje, mokslininkai rodo, kad juostelės gali būti dedamos ant silicio substrato išsiplėtusios, skaidresnės būsenos. Juostos taip pat išsklaido šviesą, todėl gali būti naudingos optiniam ryšiui. Keičiant jų matmenis, skirtingomis kryptimis siunčiami skirtingi šviesos bangos ilgiai.
Tyrėjai gamina medžiagą augindami susipynusius anglies nanovamzdelius, o vėliau susipynusius nanovamzdelių ryšulius traukdami į juosteles. Kai ant juostelių įjungiama įtampa, nanovamzdeliai įsikrauna ir stumia vienas kitą, todėl medžiaga plečiasi. Paprastai jis grįžta į pradinę būseną, kai pašalinama įtampa.
Juostos tikriausiai vis tiek turės sukurti daugiau jėgos, kad jos būtų tinkamos daugeliui pritaikymų. Šiuo metu jie sukuria 32 kartus daugiau jėgos vienam ploto vienetui nei širdies raumenys, o tai yra daug dėl jų nanoskalės matmenų. Ianas Hanteris , MIT mechanikos inžinerijos profesorius. Tačiau elektroaktyvūs polimerai sukuria iki aštuonių kartų daugiau jėgos ploto vienetui nei nanovamzdelių lakštai. Dirbtiniams raumenims reikia didelio jėgos pokyčio kartu su dideliu ilgio pokyčiu, sako Hunteris.
Polimerinėms pavaroms taip pat reikia vos kelių voltų, kad susitrauktų. Juostelėms, priešingai, reikia nuo trijų iki penkių kilovoltų, o tai, anot Hunterio, yra per didelis naudoti žmonėms ir didesnis nei idealus robotams. Tačiau jis priduria, kad nanovamzdelių juostelės ras daug svarbių pritaikymų, nes jų matmenys keičiasi daug greičiau nei esamos polimerinės pavaros.
Itin mažas lakštų tankis gali būti priežastis, kodėl jie nesukuria didelių jėgų. Džonas Maddenas Britų Kolumbijos universiteto Vankuveryje (Kanada) elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius teigia, kad vienas iš būdų padidinti jų tiekiamą jėgą galėtų būti lakštų tankinimas ir nanovamzdelių susipynimo laipsnis.