Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

De Onderzoekers Creëren de was-Gevulde Spieren van het Garen van Nanotube van de Koolstof

Published on November 16, 2012 at 6:53 AM

De Nieuwe kunstmatige spieren die van nanotechgarens worden gemaakt en die met paraffine worden gegoten kunnen meer dan 100.000 keer hun eigen gewicht opheffen en 85 keer meer mechanische macht produceren tijdens samentrekking dan de zelfde grootte natuurlijke spier, volgens wetenschappers bij de Universiteit van Texas in Dallas en hun internationaal team van Australië, China, Zuid-Korea, Canada en Brazilië.

UT de onderzoekers van Dallas hebben kunstmatige spieren van koolstof nanotube garens gemaakt die met paraffine zijn geïnfiltreerd en verdraaid tot de rollen zich langs hun lengte vormen. De diameter van dit gerolde garen is over tweemaal de breedte van een menselijk haar. (Krediet: Universiteit van Texas in Dallas)

De kunstmatige spieren zijn garens die van koolstof worden geconstrueerd nanotubes, die naadloze zijn, holle cilinders die van het zelfde type van grafietlagen worden gemaakt die in de kern van gewone potloden worden gevonden. Individuele nanotubes kunnen 10.000 keer kleiner zijn dan de diameter van een menselijk haar, maar toch pond-voor-pond, 100 keer sterker kan zijn dan staal.

De „kunstmatige spieren die wij hebben ontwikkeld kunnen grote, ultrasnelle samentrekkingen verstrekken om gewichten op te heffen die 200 keer zwaarder zijn dan mogelijk voor een natuurlijke spier van de zelfde grootte,“ zeiden Dr. Ray Baughman [uitgesproken BAK-Mens], teamleider, Robert A. Welch Professor van Chemie en directeur van het Instituut van Alan G. MacDiarmid NanoTech bij UT Dallas. „Terwijl wij over toepassingenmogelijkheden op korte termijn worden opgewekt, zijn deze kunstmatige spieren weldra ongeschikt voor direct het vervangen van spieren in het menselijke lichaam.“

Beschreven in een studie die online vandaag in de dagboekWetenschap wordt gepubliceerd, worden de nieuwe kunstmatige spieren gemaakt door een volume-veranderende „gast,“ zoals de paraffine te infiltreren die voor kaarsen, in verdraaid garen wordt gebruikt dat van koolstof wordt gemaakt nanotubes. Elektrisch het Verwarmen van het was-gevulde garen, of of het gebruiken van een flits van licht, veroorzaakt de was zich uitbreiden, het garenvolume om, en de garenlengte tot contract te stijgen.

De combinatie van de verhoging van het garenvolume met de daling van de garenlengte vloeit uit de spiraalvormige structuur voort die door het garen wordt veroorzaakt te verdraaien. Het stuk speelgoed van het de vingermanchet van een kind, dat wordt ontworpen om de vingers van een persoon in beide einden van een helically geweven cilinder op te sluiten, heeft een analoge werking. Om te ontsnappen, moet de vingers duwen samen, die de lengte van de buis aangaat en zijn volume en diameter uitbreidt.

„Wegens hun eenvoud en hoge prestaties, zouden deze garenspieren voor dergelijke diverse toepassingen kunnen worden gebruikt zoals robots, catheters voor minimaal invasieve chirurgie, micromotors, mixers voor microfluidic kringen, melodieuze optische systemen, microvalves, instelmechanismen en zelfs speelgoed,“ bovengenoemde Baughman.

De samentrekking van de Spier - ook genoemd aandrijving - kan ultrasnel zijn, voorkomend in 25 thousandths van een seconde. Met Inbegrip Van tijden voor zowel aandrijving als omkering van aandrijving, toonden de onderzoekers een samentrekbare machtsdichtheid van 4.2 kW/kg aan, die vier keer de macht-aan-gewicht verhouding van gemeenschappelijke interne verbrandingsmotoren is.

Om deze resultaten te bereiken, waren de gast-gevulde koolstof nanotube spieren hoogst verdraaid om rollen, zoals te veroorzaken met rollen gezien van een elastiekje van een rubber-band-aangedreven modelvliegtuig.

Wanneer vrij te roteren, een was-gevulde garenuntwists aangezien het elektrisch of door een impuls van licht wordt verwarmd. Deze omwenteling keert om bij het verwarmen wordt tegengehouden en het garen koelt. Dergelijke gewrongen actie van het garen kan een peddel in bijlage aan een gemiddelde snelheid van 11.500 revoluties roteren per minuut voor meer dan 2 miljoen omkeerbare cycli. Het pond-per-Pond, de geproduceerde torsie is lichtjes hoger dan verkregen voor grote elektrische motoren, bovengenoemde Baughman.

Omdat de garenspieren samen kunnen worden verdraaid en worden geweven, worden genaaid, kunnen worden gevlecht en worden geknoopt, zouden zij uiteindelijk in een verscheidenheid van self-powered intelligente materialen en textiel kunnen worden opgesteld. Bijvoorbeeld, kunnen de veranderingen in milieutemperatuur of de aanwezigheid van chemische agenten gastvolume veranderen; dergelijke aandrijving kon textielporeusheid veranderen om thermisch comfort of chemische bescherming te bieden. Dergelijke garenspieren zouden ook kunnen worden gebruikt om een stroomklep in antwoord op ontdekte chemische producten te regelen, of venster het blinde openen in antwoord op omgevingstemperatuur aan te passen.

Zelfs zonder de toevoeging van een gastmateriaal, vonden de medeauteurs dat het introduceren van het rollen aan het nanotubegaren tien keer de de thermische uitbreidingscoëfficiënt van het garen verhoogt. Deze thermische uitbreidingscoëfficiënt is negatief, betekenend dat de ongevulde garencontracten aangezien het wordt verwarmd. Het Verwarmen van het garen in inerte atmosfeer van kamertemperatuur aan ongeveer 2.500 graden van Celsius verstrekte meer dan 7 percentensamentrekking toen het opheffen van zware ladingen erop wijzen, die dat deze spieren aan temperaturen 1000 C boven het smeltpunt van staal kunnen worden opgesteld, waar geen andere hoog-werk-capaciteitsactuator kan overleven.

„Deze zeer vergrote thermische uitbreiding voor de gerolde garens wijst erop dat zij als intelligente materialen voor temperatuurregelgeving tussen 50 C onder nul 2.500 C kunnen worden gebruikt,“ zei Dr. Márcio Lima, een onderzoekvennoot in het Instituut NanoTech bij UT Dallas die mede-loodauteur van het document van de Wetenschap met gediplomeerde Li van studentenNa van Universiteit Nankai en het Instituut NanoTech was.

De „opmerkelijke prestaties van onze garenspier en onze huidige capaciteit om kilometer-lengte garens te vervaardigen stellen de haalbaarheid van vroege introductie op de markt als kleine actuators voor bestaand centimeter-schaal garen uit lengte,“ bovengenoemde Baughman. De „moeilijkere uitdaging is in het upscaling van onze enig-garenactuators aan grote actuators waarin honderden of duizenden individuele garenspieren in parallel.“ werken

Bron: http://www.utdallas.edu

Last Update: 16. November 2012 09:27

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit