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Forscher Stellen Wachs-Gefüllte Kohlenstoff Nanotube-Garn-Muskeln her

Published on November 16, 2012 at 6:53 AM

Die Neuen künstlichen Muskeln, die von nanotech Garnen hergestellt werden und mit Paraffinwachs hineingegossen sind, können mehr als 100.000mal anheben ihr eigenes Gewicht und 85mal mechanischere Leistung während der Kontraktion als der natürliche Muskel der selben Größe, nach Ansicht der Wissenschaftler an der Universität von Texas an Dallas und an ihrem internationalen Team von Australien, von China, von Südkorea, von Kanada und von Brasilien erzeugen.

Forscher UT Dallas haben künstliche Muskeln von Kohlenstoff nanotube Garnen hergestellt, die mit Paraffinwachs eingesickert worden sind und bis Ringformular entlang ihrer Länge verdreht worden. Der Durchmesser dieses aufgerollten Garns ist über zweimal die Breite eines Menschenhaars. (Kredit: Universität von Texas in Dallas)

Die künstlichen Muskeln sind die Garne, die aus Kohlenstoff nanotubes hergestellt werden, die nahtlos sind, die Hohlzylinder, die vom gleichen Baumuster von den Graphitschichten hergestellt werden, die im Kern von gewöhnlichen Bleistiften gefunden werden. Einzelne nanotubes können 10.000mal als kleiner sein, der Durchmesser eines Menschenhaars, dennoch, Pound-for-Pound, 100mal als stärker sein kann Stahl.

„Die künstlichen Muskeln, die wir können die großen, ultraschnellen Kontraktionen zu den Aufzuggewichten zur Verfügung stellen entwickelt haben, die der Zeiten für einen natürlichen Muskel der selben Größe 200 schwereres als mögliches sind,“ sagte Dr. Ray Baughman [ausgeprägter BAK-Mann], Teamleiter, Robert A. Welch Professor von Chemie und Direktor des Instituts Alan G. MacDiarmid NanoTech an UT Dallas. „Während wir über kurzfristige Anwendungsmöglichkeiten erregt werden, sind diese künstlichen Muskeln momentan unpassend für Muskeln im menschlichen Körper direkt austauschen.“

Beschrieben in einem Studie erschienenen Onlineheutigen tag in der Zapfen Wissenschaft, werden die neuen künstlichen Muskeln hergestellt, indem man einen Volumen-ändernden „Gast,“ wie das Paraffinwachs einsickert, das für Kerzen, in das verdrehte Garn verwendet wird, das von Kohlenstoff nanotubes gemacht wird. Das Wachs-gefüllte Garn elektrisch Heizen, entweder oder mit einem Lichtblitz, Ursachen das Wachs, dem Garnvolumen zur Zunahme und der Garnlänge zum Vertrag zu erweitern.

Die Kombination der Garnvolumenzunahme mit Garnlängenabnahme resultiert aus der schraubenartigen Zelle, die indem sie das Garn produziert wird, verdreht. Finger-Manschettenspielzeug eines Kindes, das konstruiert wird, um die Finger einer Person in beiden Enden eines schraubenartig gesponnenen Zylinders einzuschließen, hat einen analogen Vorgang. Um zu entweichen, muss man die Finger zusammen drücken, das die Länge des Gefäßes schmälert und sein Volumen und Durchmesser erweitert.

„Wegen ihrer Einfachheit und Hochleistung, konnten diese Garnmuskeln für solche verschiedene Anwendungen verwendet werden, wie Roboter, Katheter für minimal chirurgische Eingriffe, micromotors, Mischer für microfluidic Schaltungen, melodische optische Anlagen, microvalves, Stellwerke und sogar Spielwaren,“ sagte Baughman.

Muskelkontraktion - auch Rufbetätigung - kann ultraschnell sein und in 25 Tausendstel einer Sekunde auftreten. Einschließlich Zeiten für Betätigung und Umkehrung der Betätigung, demonstrierten die Forscher eine zusammenziehbare Energiedichte von 4,2 kW/kg, die viermal das Macht-zugewicht Verhältnis von geläufigen Verbrennungsmotoren ist.

Um diese Ergebnisse zu erzielen, wurden die Gast-gefüllten Kohlenstoff nanotube Muskeln in hohem Grade verdreht um das Umwickeln zu produzieren, wie mit dem Umwickeln gesehen von einem Gummiband eines Gummi-Band-betriebenen Flugzeugmodells.

Wenn frei, um zu rotieren, entwirrt ein Wachs-gefülltes Garn, während es elektrisch oder durch einen Impuls der Leuchte geheizt wird. Diese Rotation hebt auf, wenn das Heizen gestoppt wird und das Garn abkühlt. Solcher Dreh- Vorgang des Garns kann ein befestigtes Paddel zu einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 11.500 Umdrehungen je Minute für mehr als 2 Million umschaltbare Schleifen rotieren. Pound-pro-Pound, das erzeugte Anziehdrehmoment ist etwas höher, als für große Elektromotoren, Baughman erreicht sagte.

Weil die Garnmuskeln zusammen verdreht werden können und in der Lage sind gesponnen zu werden, genäht zu werden, geflochten zu werden und geknotet zu werden, würden sie schließlich in einer Vielzahl von selbst-betriebenen intelligenten Materialien und von Geweben ausgefahren möglicherweise. Zum Beispiel können Änderungen in der Umwelttemperatur oder im Vorhandensein von chemischen Agenzien Gastvolumen ändern; solche Betätigung konnte Textilporosität ändern, um thermische Bequemlichkeit oder Chemikalienschutz zu bieten. Solche Garnmuskeln auch würden verwendet möglicherweise, um ein Startventil in Erwiderung auf entdeckte Chemikalien zu regeln, oder stellen Sie Jalousieöffnung in Erwiderung auf umgebende Temperatur ein.

Sogar ohne die Einführung eines Gastmaterials, fanden die Mitverfasser, dass das Vorstellen des Umwickelns zum nanotube Garn zehnfach den Koeffizienten der thermischen Reihenentwicklung des Garns erhöht. Dieser Koeffizient der thermischen Reihenentwicklung ist negativ und bedeutet, dass das ungefüllte Garn schmälert, während es erhitzt ist. Das Heizen des Garns in der trägen Atmosphäre von der Raumtemperatur zu ungefähr 2.500 Grad Celsius lieferte eine Kontraktion von mehr als 7 Prozent, als, die schweren Belastungen anhebend und anzeigte, dass diese Muskeln zu Temperaturen C 1000 ausgefahren werden können über dem Schmelzpunkt des Stahls, in dem kein anderer Hoch-Arbeitkapazität Stellzylinder überleben kann.

„Diese groß verstärkte thermische Reihenentwicklung für die aufgerollten Garne zeigt, dass sie als intelligente Materialien für Temperaturregelung zwischen 50 C unter null und 2.500 C verwendet werden können,“ sagte Dr. Márcio Lima, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter im NanoTech-Institut an UT Dallas an, das Mitleitungskabel Autor des Wissenschaftspapiers mit Student im Aufbaustudium Na Li von Nankai-Universität und von NanoTech-Institut war.

„Die bemerkenswerte Leistung unseres Garnmuskels und unsere anwesende Fähigkeit, Kilometer-lange Garne zu fabrizieren schlagen die Möglichkeit der frühen Kommerzialisierung, während die kleinen Stellzylinder, die Zentimeterschuppe enthalten, Länge spinnen,“ Baughman sagten vor. „Die schwierigere Herausforderung ist, wenn sie unsere Einzelgarn Stellzylinder zu den großen Stellzylindern upscaling, in denen Hunderte oder Tausenden der einzelnen Garnmuskeln funktionieren parallel.“

Quelle: http://www.utdallas.edu

Last Update: 16. November 2012 09:27

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