211service.com
Lehké jako vzduch, žáruvzdorné nanotrubkové svaly
Pásky z uhlíkových nanotrubic vyvinuté výzkumníky z Texaské univerzity v Dallasu jsou pevnější než ocel, pružné jako guma a lehké jako vzduch. Stuhy, které jsou vyrobeny z dlouhých, zapletených nanotrubiček o tloušťce 11 nanometrů, se mohou natáhnout na více než trojnásobek své normální šířky, ale jsou tužší a pevnější než ocel nebo mylar v podélném směru. Mohou se tisíckrát roztahovat a smršťovat a odolávat teplotám od -190 do více než 1 600 °C. A co víc, jsou lehké jako vzduch a jsou průhledné, vodivé a flexibilní.
Balónové trubky: Tento obrázek ukazuje vnitřek dva milimetry širokého pruhu vzdušného materiálu uhlíkových nanotrubiček, který se roztáhne na více než trojnásobek své šířky, když se na něj přivede pětikilovoltové napětí.
Materiál prezentovaný v časopise Věda tento týden, byl vyvinut Ray Baughman , ředitel společnosti Nanotechnologický institut v UT Dallas, který vyvíjí různé druhy umělých svalů na bázi uhlíkových nanotrubic pro protetiku a robotiku. Tyto materiály mění tvar a velikost v reakci na elektrické nebo chemické signály; některé se roztahují až o 1 procento a vyvíjejí 100krát větší sílu než přirozený lidský sval na stejnou plochu.
Nové aktuátory se na druhé straně rozšiřují až o 200 procent, ale generují malé síly na jednotku plochy, což je činí méně než ideálními pro mnoho aplikací, včetně robotiky. Nicméně jejich nové vlastnosti, zejména jejich teplotní rozsah, by mohly otevřít vzrušující nové aplikace. Žádná jiná technologie pohonu nemůže zajistit ovládání při těchto extrémních teplotách, říká Baughman. A tyto míry aktivace jsou obrovské.
Qibing Pei , profesor materiálové vědy a inženýrství na Kalifornské univerzitě v Los Angeles se domnívá, že tento materiál by mohl být dobrým kandidátem na křídla letadel měnících tvar. Pei vyvinul polymerové aktuátory, které expandují až o 400 procent a pracují mezi -40 a 200 °C.
Protože pásky nanotrubiček jsou ultralehké a dokážou zvládnout extrémní teploty, mohly by být také užitečné pro výrobu dílů kosmických lodí, které mění tvar, říká Yoseph Bar-Cohen , vedoucí vědecký pracovník v laboratoři Jet Propulsion Laboratory NASA v Pasadeně v Kalifornii. Je vzrušující, že se materiál takto chová v širokém teplotním rozsahu, říká. Na jedné straně máme Mars a na druhé straně Venuši. Jejich teploty jsou v rozmezí výkonu tohoto materiálu.
Ale zatím se Baughman a jeho kolegové zaměřují na optické aplikace materiálu. Vzhledem k tomu, že uhlíkové nanotrubice jsou vysoce vodivé, mohly by se flexibilní listy použít k výrobě elektrod pro solární články a organických světelných diod s ovladatelnou průhledností a vodivostí. Pro tuto aplikaci chcete vyladit hustotu uhlíkových nanotrubic na jednotku plochy, říká Baughman. To určuje, jakou průhlednost má list. V Věda papíru, vědci ukazují, že pásky mohou být naneseny na křemíkový substrát v jejich expandovaném, transparentnějším stavu. Pásky také ohýbají světlo, takže by se snad mohly ukázat jako užitečné v optické komunikaci. Změna jejich rozměrů vysílá různé vlnové délky světla v různých směrech.
Vědci vyrobili materiál pěstováním zapletených uhlíkových nanotrubiček a následným stažením propletených svazků nanotrubiček do stuh. Když se na proužky přivede napětí, nanotrubičky se nabijí a vzájemně se odtlačují, čímž se materiál roztahuje. Normálně se vrátí do původního stavu, když je napětí odstraněno.
Pásky budou pravděpodobně muset vyvinout větší sílu, než budou praktické pro mnoho aplikací. Právě teď generují 32krát větší sílu na jednotku plochy než srdeční svaly, což je hodně pro jejich nanorozměry, říká Ian Hunter , profesor strojního inženýrství na MIT. Elektroaktivní polymery však generují až osmkrát větší sílu na jednotku plochy než listy nanotrubiček. Pro umělý sval potřebujete velkou změnu síly spojenou s velkou změnou délky, říká Hunter.
Polymerové aktuátory také potřebují ke stažení jen několik voltů. Naproti tomu pásky vyžadují tři až pět kilovoltů, což je podle Huntera příliš vysoké pro použití u lidí a vyšší, než je ideální pro robotiku. Dodává však, že pásky nanotrubiček najdou mnoho důležitých aplikací, protože mění rozměry mnohem rychleji než stávající polymerové aktuátory.
Ultranízká hustota plechů může být důvodem, proč nevytvářejí velké síly. John Madden , profesor elektrotechniky a počítačového inženýrství na University of British Columbia ve Vancouveru v Kanadě, navrhuje, že jedním ze způsobů, jak zvýšit sílu, kterou dodávají, by mohlo být zhuštění listů a zvýšení stupně vzájemného propojení mezi nanotrubičkami.