Znanstveniki razvijajo nove materiale, ki se premikajo kot odziv na svetlobo

The Choice is Ours (2016) Official Full Version (Junij 2019).

Anonim

Raziskovalci na Inštitutski šoli za inženiring Tufts so razvili magnetne elastomerne kompozite, ki se gibljejo na različne načine, kadar so izpostavljeni svetlobi, kar povečuje možnost, da bi ti materiali omogočili širok spekter izdelkov, ki izvajajo preproste zapletene premike, od majhnih motorjev in ventilov do sončnih nizov ki se nagnejo proti sončni svetlobi. Raziskava je opisana v članku, objavljenem danes v Zborniku Nacionalne akademije znanosti.

V biologiji je veliko primerov, pri katerih svetloba povzroča gibanje ali spremembo - pomisli na cvetove in liste, ki se obračajo proti sončni svetlobi. Materiali, sproščeni s svetlobo, ki so bili ustvarjeni v tej študiji, temeljijo na načelu temperature Curie - temperature, nad katero bodo nekateri materiali spremenili svoje magnetne lastnosti. S segrevanjem in hlajenjem magnetnega materiala lahko magnetizem izklopite in nadaljujete. Biopolimeri in elastomeri, dopirani z feromagnetnim CrO2, se bodo segrevali, ko bodo izpostavljeni laserski ali sončni svetlobi, ki začasno izgubijo svoje magnetne lastnosti, dokler se ne ohladijo. Osnovna gibanja materiala, ki so oblikovana v filmih, gobicah in hidrogelih, povzročajo bližnji stalni ali elektromagneti in se lahko kažejo kot upogibanje, zvijanje in ekspanzijo.

"Te preproste gibe bi lahko združili v bolj zapletene gibe, kot so plazilci, hojo ali plavanje, " je dejal dr. Fiorenzo Omenetto, avtorica študije in Frank C. Doble profesor inženiringa na Inženirski šoli Tufts. "In ti gibi se lahko brezžično sprožijo in nadzorujejo z uporabo svetlobe."

Ekipa Omenetto je pokazala nekatere od teh zapletenih premikov z izgradnjo mehkih prijemov, ki zajemajo in sprostijo predmete kot odgovor na svetlobno osvetlitev. "Eden od prednosti teh materialov je, da lahko selektivno aktiviramo dele strukture in jih nadzorujemo z uporabo lokalizirane ali fokusirane svetlobe, " je dejal Meng Li, prvi avtor časopisa "In za razliko od drugih svetlih aktiviranih materialov na osnovi tekočih kristalov, se lahko ti materiali oblikujejo tako, da se premaknejo bodisi proti ali naprej od smeri svetlobe. Vse te lastnosti dopolnjujejo sposobnost izdelovanja velikih in majhnih objektov s kompleksnimi, usklajenimi gibi. "

Za dokazovanje te vsestranskosti so raziskovalci izdelali preprost "Curie motor". Svetlo aktiviran film je bil oblikovan v obroč in nameščen na iglo. Postavljen blizu stalnega magneta, ko je bil laser usmerjen na fiksno točko na obroču, lokalno demagnetizira ta del obroča in ustvari neuravnoteženo mrežno silo, ki povzroči, da se obroč zavrti. Ko se obrne, demagnetizirana točka ponovi magnetizacijo in nova točka je osvetljena in demagnetizirana, zaradi česar se motor neprestano vrti.

Materiali, ki se uporabljajo za izdelavo lahkih aktiviranih materialov, vključujejo polidimetilsoloksan (PDMS), ki je široko uporaben prozoren elastomer, ki je pogosto oblikovan v fleksibilnih filmih in svileno fibroin, ki je vsestranski biokompatibilni material z odličnimi optičnimi lastnostmi, ki jih je mogoče oblikovati v široko paleto oblike - od filmov do gelov, niti, blokov in gobic.

"Z dodatnim materialnim vzorčenjem, vzorčenjem svetlobe in z magnetnim poljem smo lahko teoretično dosegli še bolj zapletene in natančno nastavljene gibe, kot so zlaganje in raztegovanje, mikrofluidni ventil, mikro in nano velikost motorjev in še več", je dejal Omenetto.

menu
menu