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Posted in | Nanoanalysis

新的研究幫助解釋微小的 「人為肌肉」驚奇的工作情況

Published on April 27, 2010 at 8:24 PM

使用中子束和基本強制顯微鏡,大學研究員小組與國家標準技術局 (NIST) 一起使用可能解決了關於 「人為肌肉」異乎尋常的選件類的十歲的問題 - 他們如何運作? 他們的 results* 能影響遠期專門化的機器人工具設計。

這些 「人為肌肉」,首先在 20 世紀 90 年代初展示了,是 「離子聚合物金屬綜合」 (IPMC) 致動器,在兩表面鍍的稀薄的聚合物主街上與執行的金屬。 聚合物分子的基本的部件有一個被充電的要素附有它 (因此, 「離子」),并且它形成可以由水分子和相反被充電的離子浸泡的一種開放,有滲透性的結構。 在金屬化的表面間的普通的電荷在一個方向將造成主街上屈曲; 交替的充電將做它搖擺像魚的尾標。 但是為什麼?

屈曲肌肉: 彎曲在應用的電力電壓下的 IPMC 致動器。 當 3 伏特潛在的極性被切換,致動器反覆彎曲。 赊帳: R. 穆爾,弗吉尼亞工學院和州立大學

「有很多辯論至於驅動結構在這些种的系統」, Kirt 頁說 NIST 材料科學家。 一個可能性是在金屬化的表面的電荷造成這個聚合物和自由離子在這種金屬旁邊再改方向自己,舒展一個端和收縮其他。 但是使用中子束在 NIST 中心為中子研究 (NCNR) 注意在活動的 IPMC,當它反覆搖擺了,這個小組發現某事非常不同。 中子有益於特別映射水分子的地點,并且他們向顯示在致動器的主要強制是動水學。 「水和離子移動向脹大一個端的一個電極,并且脫水其他,造成那收縮,并且它在該方向彎曲」,解釋弗吉尼亞技術羅伯特穆爾,教授處理這個研究。 「然後您翻轉潛在,離子來再移動朝新負的尖叫的後面正離子電極和您可以反覆去」。

它發生驚奇地快速,根據頁。 「人們沒相當被說服水可能實際上移動在迅速」的這些距離他說, 「本文是實際上顯示那的第一个,此梯度在水含量幾乎瞬間地被設立」。

更好的瞭解 IPMC 致動器工作如何可能允許研究員設計此類型更好的材料與被改進的性能的。 當前致動器可以是小和輕量級的,并且他們可以屈曲在相對地大距離,但是強制他們可以生成是低的,因此這些 「肌肉」根據穆爾不是非常嚴格。 他們可能用於 microfluidic 系統作為泵或閥門,作為在其他致動器是不切實際的甚至的應用的微小的機器人抓爪,說穆爾, 「作為在活組織的實際人為肌肉。 我認為我們仍然是在初期階段使用這些。 仍有關於我們需要打開的結構的相當多的詳細資料」。

* J.K. 公園、 P.J. 瓊斯, C. Sahagun, K.A. Page, D.S. Hussey, D.L. 雅各布森, S.E. 摩根和 R.B. 穆爾。 在水和 counterion 含量的電子被刺激的梯度在 electroactive 聚合物致動器軟的問題內。 2010年. 6. 1444-1452。 DOI : 10.1039/b922828d.

Last Update: 25. January 2012 20:04

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