นักวิทยาศาสตร์พัฒนาวัสดุใหม่ ๆ ที่เคลื่อนที่ไปตามแสง

Anonim

นักวิจัยจาก Tufts University School of Engineering ได้พัฒนาคอมโพสิตอีลาสโตเมอร์แบบแม่เหล็กซึ่งเคลื่อนไปในรูปแบบต่างๆเมื่อสัมผัสกับแสงเพิ่มความเป็นไปได้ว่าวัสดุเหล่านี้สามารถนำเสนอผลิตภัณฑ์หลากหลายชนิดที่สามารถดำเนินการได้ง่ายหรือซับซ้อนจากเครื่องยนต์ขนาดเล็กและวาล์วไปจนถึงแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ที่โค้งงอต่อแสงแดด งานวิจัยนี้ได้อธิบายไว้ในบทความที่ตีพิมพ์ในวันนี้ในการ ประชุมของ National Academy of Sciences

ในชีววิทยามีหลายตัวอย่างที่แสงก่อให้เกิดการเคลื่อนไหวหรือเปลี่ยน - คิดถึงดอกไม้และใบไม้ที่หันไปทางแสงแดด วัสดุที่ใช้ในการผลิตไฟที่สร้างขึ้นในการศึกษานี้ขึ้นอยู่กับหลักการของอุณหภูมิของ Curie ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่วัสดุบางชนิดจะเปลี่ยนแปลงสมบัติทางแม่เหล็กของพวกเขา การอุ่นและระบายความร้อนด้วยวัสดุแม่เหล็กทำให้สามารถปิดเครื่องแม่เหล็กของตัวเองได้ ไบโอโพลีเมอร์และอีลาสโตเมอร์ที่เจือปนด้วย ferromagnetic CrO2 จะร้อนขึ้นเมื่อสัมผัสกับแสงเลเซอร์หรือแสงแดดทำให้คุณสมบัติเป็นของแม่เหล็กหายไปชั่วคราวจนกว่าจะเย็นลงอีกครั้ง การเคลื่อนไหวพื้นฐานของวัสดุที่มีรูปร่างเป็นฟิล์มฟองน้ำและไฮโดรเจลเกิดขึ้นจากบริเวณใกล้เคียงหรือปลั๊กไฟฟ้าและสามารถแสดงได้ว่ามีการดัดโค้งบิดและการขยายตัว

Fiorenzo Omenetto กล่าวว่า "เราสามารถผสมผสานการเคลื่อนไหวแบบเรียบง่ายเหล่านี้เข้ากับการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนเช่นการรวบรวมข้อมูลการเดินหรือว่ายน้ำ" ดร. Fiorenzo Omenetto, Ph.D. ผู้เขียนที่สอดคล้องกันของการศึกษาและแฟรงก์ซีเบลศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมในคณะวิศวกรรมศาสตร์กล่าว ทัฟส์ "และการเคลื่อนไหวเหล่านี้สามารถเรียกใช้และควบคุมแบบไร้สายโดยใช้แสง"

ทีมงานของ Omenetto ได้แสดงให้เห็นถึงการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนบางส่วนเหล่านี้ด้วยการสร้างที่จับนุ่มและจับและปล่อยวัตถุเพื่อตอบสนองต่อแสงสว่าง "ข้อดีอย่างหนึ่งของวัสดุเหล่านี้คือเราสามารถเลือกส่วนของโครงสร้างและควบคุมได้โดยใช้แสงที่เน้นเฉพาะหรือเน้น" Meng Li นักเขียนคนแรกของหนังสือพิมพ์กล่าวว่า "และแตกต่างจากวัสดุที่ใช้แสงอื่น ๆ ที่อิงจากคริสตัลเหลว, วัสดุเหล่านี้สามารถ fashioned เพื่อย้ายไปหรือห่างจากทิศทางของแสงคุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้เพิ่มขึ้นเพื่อความสามารถในการทำวัตถุขนาดใหญ่และขนาดเล็กที่มีการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนประสานงาน.

นักวิจัยได้สร้างเครื่องมือ "Curie" ที่เรียบง่ายเพื่อแสดงถึงความเก่งกาจนี้ แผ่นฟิล์มที่ใช้ทำปฏิกิริยาอ่อนถูกสร้างเป็นวงแหวนและติดตั้งอยู่ที่ตำแหน่งเข็ม วางอยู่ใกล้แม่เหล็กถาวรเมื่อเลเซอร์ถูกโฟกัสไปยังจุดคงที่บนวงแหวนมันจะขจัดส่วนที่เป็นส่วนของวงแหวนออกไปทำให้เกิดแรงสุทธิที่ไม่สมดุลซึ่งทำให้แหวนหมุนได้ ในขณะที่จุดเปลี่ยนตำแหน่งจุดใหม่ลดแรงกระตุ้นและจุดใหม่ ๆ จะส่องสว่างและลดความแปรปรวนทำให้เครื่องยนต์หมุนไปเรื่อย ๆ

วัสดุที่ใช้ในการสร้างวัสดุที่ใช้ทำแสงประกอบด้วย polydimethylsoloxane (PDMS) ซึ่งเป็น elastomer โปร่งใสที่นิยมใช้กันทั่วไปซึ่งมักจะมีรูปร่างเป็นฟิล์มที่มีความยืดหยุ่นและเป็น fibroin ไหมซึ่งเป็นวัสดุชีวภาพอเนกประสงค์ที่มีคุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยมซึ่งสามารถสร้างรูปร่างได้หลากหลายรูปแบบ รูปแบบจากฟิล์มเจลหัวข้อบล็อกและฟองน้ำ

"ด้วยรูปแบบวัสดุเพิ่มเติมการปรับแสงและการควบคุมสนามแม่เหล็กทำให้เราสามารถบรรลุการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนและปรับแต่งได้มากขึ้นเช่นการพับและการแฉขึ้นการเปลี่ยนวาล์วแบบไมโครฟลูอิเล็กซ์เอ็นจิ้นขนาดเล็กและขนาดนาโน" Omenetto กล่าว

menu
menu