Elementární Energie

Nové polymery si svou moc před vlhkostí Vodopád je přehlídkou obrovskou energii, která může být nalezena ve všech formách vody. Ale vlhký kus papíru nemusí vrchol seznamu potenciálních zdrojů energie. Nicméně, to je všechno nový polymerních kompozitů potřeby, aby se i role o a generovat trochu elektřiny. Jako chemik Mingming Ma a jeho kolegové na Massachusetts Institute of Technology vysvětlit, v lednu 11 Vydání časopisu Science, inspirace z tvrdé-ale-elastické kůži zvířat vedl na správné kombinaci materiálů natočit film, který se pohybuje po vodě . Kompozitní je vyrobena z poměrně tuhé polymeru, volal polypyrrole, v kombinaci s pružným, nazvaný polyol-boritanu. Jsou-li tyto dva dlouhé řetězcem chemikálie elektricky uloženy na povrchu současně, že náhodně roztrousit a spojí se spolu se spontánně tvoří film. Polypyrrole tvoří tuhý síť na podporu materiálu. Ale v přítomnosti vody, zasahoval polyol-boritan přestávky nějaké dluhopisy s polypyrrole a připojí se s molekulami vody místo. Tato reakce rozšiřuje polyol-boritan, otoky film celkově.

Když se voda odpaří, reakce obrátí, vrátí film do svého původního tvaru. Pokud je film je obklopen konstantní hladiny vody, Ma vysvětluje, že právě navine do zkumavky a sedí. Ale v případě, že je voda gradientu více vlhkosti, řekněme, na jedné straně filmu, než jiná, to je, kde to začíná být zajímavé. Tým vytvořit takovou přechod umístěním film na vlhký papír, s vlhkostí vzduchu o teplotě 20 až 30 procent. "Když film absorbuje vodu, obě strany křivka nahoru, ale střední část stále kontakty vlhkost," vysvětluje Ma. "Ale s oběma stranami jít nahoru, těžiště stoupá, takže systém stává nestabilní a padá v obou směrech. Nyní strana ustoupí kontaktovat vlhký povrch, a stále potřebuje křivka více se dostat pryč, tak to pokračuje vrátit a skutečně obrátí. "Film trvá asi 5 sekund k dokončení cyklu, ale říká, že Ma sazba by mohla být řízen změnou teploty a tím i rychlost odpařování vody. (Videa svržení filmy lze nalézt na http://www.sciencemag.org/content/339/6116/186/suppl/DC1 .) Během tohoto procesu svržení a skočila kolem, film vytváří poměrně hodně pohybu.

Otok a smluvní je trochu jako to, co se děje v rychle-škubnutí svalových vláken, takže Ma a jeho skupina si myslí, že filmy by mohly být použity jako pohony-umělé svaly-pro malé roboty. Oni prokázaly, že filmy mohou zvednout hromadu sklíčka 380 krát svou váhu, a přepravovat náklad stříbrných drátů 10 krát těžší než oni sami. Filmy mohou tvořit asi 10 newtons síly-dost pro robota dělat nějakou užitečnou práci. Ma říká, že velikost filmů by také být zmenšen až, protože on a jeho kolegové zjistili, že devět centimetrů dlouhý film pohyboval ve stejném poměru jako 4-centimetr jeden. Filmy lze řezat do jakéhokoliv tvaru, ale obvod je topný faktor: Silnější fólie jsou pomalejší, ale může zvednout větší váhu. Ma říká, že film je pohyb lze řídit: "Pokud natáhnout film v jednom směru, bude křivka v opačném směru, takže můžeme kontrolovat zakřivení tím, že natáhne." Mechanická energie z filmu pohybu může být také zachycen ve formě elektřiny. Ma a jeho kolegové potažené jeden film s piezoelektrického materiálu, který konvertuje napětí do elektrické energie. Film byl schopen generovat micro-Coulomb množství náboje během několika minut. Tato částka poplatku byla uložena v kondenzátoru při napětí kolem 1 voltu, který byl natolik, aby se červená LED blesk.

Tyto fólie může být schopen poskytnout více elektřiny, pokud některé jsou zapojeny do stejného kondenzátoru. Skupina zkoumá piezoelektrických materiálů, které jsou účinnější při přeměně mechanické energie na elektrický proud, ale Ma konstatuje, že i nízká úroveň výkonu může být užitečné. Například, může malé ekologické senzory, které jsou distribuovány v odlehlých oblastech, kde by bylo těžké měnit baterie, těžit z bytí poháněn jen malým množstvím vody. Filmy zachována jejich integritu v laboratoři po šesti měsících otevřeného skladování a stovky pohybových cyklů, takže Ma si myslí, že by mohla přežít delší dobu expozici životního prostředí. "Film sám o sobě je velmi stabilní, chemicky a mechanicky," Ma říká. "U senzoru, nepotřebuje velmi intenzivní deformaci nebo strečink. I když se pohybuje, mechanické generované napětí je docela malý. "