Версия для слабовидящих
Создан принципиально новый микроДВС Печать Email
Новости об инновациях
18.03.2014

Несложное устройство, умеющее поддерживать процессы внутреннего сгорания там, где это ранее не удавалось, способно придать импульс развитию микророботов всех мастей.

Двигатели внешнего и внутреннего сгорания, по сути, сделали человеческую цивилизацию. Однако у них есть границы применимости:

скорость потери тепла пропорциональна соотношению объёма и поверхности, и при уменьшении габаритов объём падает пропорционально кубу линейных размеров, а площадь — квадрату. Итоги очевидны: мышь с огромным трудом сохраняет тепло, в то время как слон с огромным трудом охлаждает себя, «культивируя» уши титанических размеров.

z1_5.jpg Рис. 1. а — кремниевая подложка, на которой собиралось устройство. b — микрокамера устройства до наполнения водой. c — общее устройство микросхемы с микроактуатором. d — конечный вид микросхемы, в центре которой находится устройство. (Здесь и ниже илл. V.B. Svetovoy et al.)

Ну а микроДВС должны применяться там, где мышь показалась бы гигантом. А значит, они теряют тепло с такой скоростью, что их КПД падает намного ниже уровня первых паровозов, причём ещё до достижения ими субмиллиметровых размеров. Что делать? Есть варианты: классические двигатели можно заменить актуаторами, действующими на базе тепловых воздействий (нагрев — движение) и электростатических сил. Увы, первые медленны, вторые очень слабы.

Виталий Световой его коллеги из Университета Твенте (Нидерланды) предложили совершенно новый метод обеспечения работы актуаторов в микромасштабах — одновременно мощный и быстрый.

Недостаток у него пока один: разработчики не вполне уверены, как их детище работает.

По сути, они создали двигатель, очень похожий на классический ДВС: крохотная камера наполнена водой, в ней есть пара электродов, по которым идёт ток. При включении тока вода в камере разлагается на водород и кислород, образующие нанопузырьки.

Как только начинается формирование пузырьков, объём продуктов разложения воды взрывообразно увеличивается, и неким не до конца ясным образом начинается процесс сгорания кислород-водородной смеси в пределах таких нанопузырьков, причём без катастрофически быстрой потери тепла.

Сгорание и расширение газов заставляет мембрану на одном из концов камеры деформироваться, что и создаёт силу, которую можно использовать для приведения в движение актуаторов.

Общий размер крохотного устройства, использованного в эксперименте, впечатляет: при длине и ширине в 100 мкм его толщина равна всего 5 мкм.

Когда ток отключают, давление в камере резко падает. По идее, оно падает даже слишком стремительно: исследователи откровенно признают, что «остановка» происходит быстрее, чем позволяют расчёты.

z2_3.jpg Рис. 2. a, b и c соответствуют t (времени после начала цикла ), равном 0,0, 0,2 и 2 мс; d, e и f — t = 0,0, 0,8 и 1,6 мс. Образование нанопузырьков различимо с трудом.

Однако группа г-на Светового всё же считает, что понимает, в чём здесь дело. Мысль учёных сводится к тому, что, когда ток выключается, водород и кислород в нанопузырьках реагируют между собой, превращаясь обратно в воду, то есть из газообразного состояния переходят в занимающую куда меньший объём жидкость, что и приводит к исключительно резкому падению давления.

Несмотря на то что ток к такому микродвигателю надо подавать со слегка экзотической частотой 50 кГц, перед нами, определённо, весьма многообещающая разработка. Мембрана на одном из концов камеры деформируется очень быстро, что можно использовать для приведения в движение целого ряда микророботов. А отсюда и весьма широкий список потенциальных практических приложений в целом ряде областей, от научных исследований до медицины и, быть может, даже военных микродронов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Scientific Reports, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2014/sozdan-printsipialno-novyi-mikrodvs

 
Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта