јун 23, 2024

Beogradska Nedelja

Најновије вести из Србије на енглеском, најновије вести о Косову на енглеском, вести о српској економији, српске пословне вести, вести о српској политици, балканске регионалне вести у …

Нови електрични фероматериали могли би роботима дати мишиће

Нови електрични фероматериали могли би роботима дати мишиће

Овај чланак је прегледан према Сциенце Кс процес уређивања
И Политике.
уредници Истакните следеће атрибуте истовремено осигуравајући кредибилитет садржаја:

Провера чињеница

Рецензирана публикација

поуздан извор

Лектура

Структурна анализа симулације индуковане поларне фазе и фазног поља у нанокомпозиту ПВДФ/ТиО2. кредит: природни материјали (2023). ДОИ: 10.1038/с41563-023-01564-7

Нови тип фероелектричног полимера који је изузетно добар у претварању електричне енергије у механички стрес обећава као контролер покрета или „активатор“ високих перформанси са великим потенцијалом за апликације у медицинским уређајима, напредној роботици и прецизним системима за позиционирање, према тиму истраживача.Интернационале које води Пенн Стате.

Механички напон, начин на који материјал мења облик када се примени сила, је важно својство оператера, и представља сваки материјал који ће се променити или деформисати када се примени спољна сила као што је електрична енергија. Традиционално, ови материјали за актуаторе су били крути, али меки актуатори као што су фероелектрични полимери показују већу флексибилност и прилагодљивост окружењу.

Истраживање је показало потенцијал фероелектричних полимерних нанокомпозита да превазиђу ограничења конвенционалних пиезоелектричних полимерних композита, пружајући обећавајуће средство за развој меких актуатора са побољшаним перформансама замора и густином механичке енергије. Меки актуатори су од посебног интереса за истраживаче роботике због своје снаге, снаге и флексибилности.

рекао је Ћинг Ванг, професор науке о материјалима и инжењеринг у Пенн Стате-у и коаутор студије, која је недавно објављена у часопису природни материјали. „Ово ће нам омогућити да добијемо мекани материјал који може да поднесе велико оптерећење као и велики стрес. Дакле, овај материјал ће бити ближи симулацији људских мишића, што је блиско људским мишићима.“

Међутим, постоје неке препреке које се морају превазићи пре него што ови материјали испуне своје обећање, а потенцијална решења за ове препреке су предложена у студији. Фероелектрици су класа материјала који показују спонтану електричну поларизацију када се примени спољашњи електрични набој и позитивна и негативна наелектрисања у материјалима се преместе на различите електроде. Напон у овим материјалима током фазног прелаза, у овом случају претварајући електричну енергију у механичку енергију, може променити својства баш као и њихов облик, чинећи их корисним као актуаторима.

READ  Изненађење: „Ванземаљски“ алат је био познатији

Уобичајена примена електричног актуатора је у инкјет штампачу, где електрични набој мења облик актуатора како би прецизно контролисао сићушне млазнице које наносе мастило на папир да би формирале текст и слике.

Док су многи фероелектрични материјали керамика, они такође могу бити полимери, који су класа природних и синтетичких материјала направљених од многих сличних јединица повезаних заједно. На пример, ДНК је полимер, као и најлон. Предност фероелектрика је у томе што показују огромну количину напрезања електричног поља потребног за рад. Овај напон је много већи од онога што стварају други фероелектрични материјали који се користе у актуаторима, као што је керамика.

Ово својство фероелектричних материјала, уз висок ниво флексибилности, ниску цену у поређењу са другим фероелектричним материјалима и малу тежину, од великог је интереса за истраживаче у растућој области меке роботике, дизајна робота са флексибилним деловима и електронике.

„У овој студији смо предложили решења за два велика изазова у области обраде меког материјала“, рекао је Ванг. „Први је како побољшати чврстоћу меких материјала. Знамо да меки материјали за машинску обраду који су направљени од полимера имају највећи стрес, али генеришу много мање силе у поређењу са пиезокерамиком.“

Други изазов је да актуатор од фероелектричног полимера обично захтева веома високо погонско поље, силу која приморава на промену система, као што је промена облика актуатора. У овом случају, потребно је велико погонско поље да би се створила промена облика у полимеру потребна за активирање термоелектричне реакције.

Предложено решење за побољшање перформанси фероелектричних полимера је развој нанокомпозита фероелектричног полимера — врсте микроскопске етикете причвршћене за полимер. Уграђивањем наночестица у врсту полимера, поливинилиден флуорида, истраживачи су створили међусобно повезану мрежу електрода унутар полимера.

READ  Откријте блиставог пужа пуног протеина антифриза на обали Гренланда

Ова мрежа је омогућила да се индукује фероелектрични фазни прелаз на много нижим електричним пољима него што би иначе било потребно. Ово је постигнуто термоелектричном методом коришћењем џулове грејања, које се дешава када електрична струја која пролази кроз проводник производи топлоту. Коришћење џулове загревања за индуковање фазног прелаза у нанокомпозитном полимеру захтевало је само мање од 10% јачине електричног поља која је нормално потребна за промену фероелектричне фазе.

„Уобичајено, овај напон и сила у фероелектричним материјалима су међусобно повезани, у обрнутом односу“, рекао је Ванг. „Сада можемо да их спојимо у један материјал и развили смо нови начин да га покрећемо помоћу џулове грејања. Пошто ће погонско поље бити много ниже, мање од 10%, зато се овај нови материјал може користити за многе апликације које захтевају ниско поље вожње да би биле ефикасне, као што су медицински уређаји, оптички уређаји и меки роботи.“

више информација:
Ианг Лиу ет ал, Термоелектрична функционализација у нанокомпозитима фероелектричних полимера, природни материјали (2023). ДОИ: 10.1038/с41563-023-01564-7

функционализација полимера коришћењем фотоелектричне фазне транзиције генерисане џуловим загревањем, природни материјали (2023). ДОИ: 10.1038/с41563-023-01566-5

Информације о часопису:
природни материјали