科學家研究出可利用蒸汽動力運動和發電的復合材料
2015-12-15 來源:中國聚合物網
如圖所示為旋轉式引擎利用蒸發能量驅動的微型汽車。電子顯微鏡圖像顯示了利用細菌孢子制備的蒸汽動力“人造肌肉”聚合物組件。圖片來源:哥倫比亞大學。
蒸發是一種強大的自然力量,可以在很遠的距離內將水提取并轉移到海洋和山頂。生物系統利用蒸發的能量的規模較小,例如,小麥等利用蒸發來釋放花粉,松果利用蒸發來釋放種子。
最近,科學家利用改造的細菌孢子和聚合物制備出一種利用蒸汽動力運動和發電的復合材料。
通過利用環境中的水蒸發來收獲能源,研究人員展示了水氣界面的自激活發電的發動機。這種蒸汽動力引擎可以作為動力機械系統、傳感器等設備的驅動器。
生物的能量轉換系統利用蒸發的水在納米尺度的部分依靠纖維作機械功,以應對環境濕度的變化。這種能量轉換過程在人造系統上的應用是十分困難的。原因之一是在較大的工程組件(相對于密閉空間)內,濕度變化緩慢,蒸發率很低。因此,制備大型基于水蒸發和吸附周期的能量轉換系統一直是一個被忽視的研究領域。
哥倫比亞大學的科學家從蒸發環境中有效地收集了能量,用來驅動發動機在水氣界面的自動啟動和運行。人工細菌孢子在聚合物內合成的“肌肉”增強了水蒸發率。
研究人員優化了孢子層的厚度,使水快速在納米孔中移動。蒸發的能量轉換成肌肉的能量,一小部分能量可以通過反饋機制來降低和適應環境濕度的變化,使孢子快速實現肌肉的拉伸和收縮循環。
控制拉伸時所需的濕度,自動調節的反饋機制可以使濕度降低。這個過程可精確控制啟用水氣界面的自激活發電的活塞引擎式和旋轉式發動機,并驅動燈泡發光,驅動微型汽車前進,該研究可以應用于蒸汽動力驅動的動力機械系統和傳感器。
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(責任編輯:xu)
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