Невероятный новый кристалл превращает свет в механическую работу

Jul 07, 2023

Редакторы, одержимые механизмами, выбирают каждый продукт, который мы рассматриваем. Мы можем получать комиссию, если вы покупаете по ссылке. Почему нам доверяют?

Этот прорыв может устранить нашу потребность в громоздких батареях и во всем связанном с этим управлении температурным режимом.

Почти все формы современной бытовой техники питаются от электрохимической энергии, также известной как батареи. Например, литий-ионные аккумуляторы преобразуют химические реакции в энергию постоянного тока, а также производят несколько побочных эффектов (в основном тепло). Но что, если бы существовал другой способ питания гаджетов, скажем, лазеры?

Это идея, лежащая в основе нового исследования Департамента химической и биологической инженерии и CU-Boulder. В новом исследовании, опубликованном в этом месяце в журнале Nature Materials, команда под руководством профессора химии и электротехники Райана Хейворда исследовала способы использования крошечных кристаллов и прямого преобразования света в механическую работу. В масштабе такой прорыв может устранить необходимость в громоздких батареях и всех связанных с ними терморегулированиях.

«Мы, так сказать, вырезаем посредников, берем энергию света и превращаем ее непосредственно в механическую деформацию», — говорит Хейворд в заявлении для прессы.

Эти фотомеханические кристаллы встроены в полимерный материал, напоминающий губку с крошечными отверстиями. По мере того, как кристаллы растут в этих отверстиях, их долговечность и способность производить энергию значительно возрастают под воздействием света. Это заставляет материал изгибаться или поднимать объекты (то, что Хейворд называет «деформацией»), что может имитировать механический двигатель или привод, если его поместить в правильные условия.

И этот легкий «мотор» может быть впечатляюще мощным. В одном эксперименте полоска кристаллов массой 0,02 мг успешно подняла нейлоновый шарик массой 20 мг. Хотя это и не такая уж большая сумма, это вес, который все же в 10 000 раз превышает собственную коллективную массу кристаллов.

Это большое улучшение по сравнению с предыдущей работой команды, пытавшейся вызвать фотохимическую реакцию в кристаллических твердых веществах. Поскольку «высокий структурный порядок» этих кристаллов ограничивал их гибкость, они часто трескались под воздействием света. Но микрокристаллы, заключенные в термопластическую полимерную смолу, более способны к изгибу. В исследовании сообщается, что это не только обеспечило большую гибкость, но и позволило материалу выдержать как минимум сотню циклов.

В будущем технология должна стать намного более эффективной, чтобы кто-либо мог хотя бы начать думать о том, что она может вытеснить батареи в качестве мобильного источника энергии. Но улучшение характеристик нового материала по сравнению с предыдущими попытками, безусловно, интересно видеть.

«Нам еще предстоит пройти путь, особенно с точки зрения эффективности, прежде чем эти материалы смогут действительно конкурировать с существующими приводами», — говорит Хейворд. «Но это исследование является важным шагом в правильном направлении и дает нам план того, как мы сможем достичь этого в ближайшие годы».

Даррен живет в Портленде, у него есть кот, он пишет/редактирует научную фантастику и то, как устроен наш мир. Вы можете найти его предыдущие работы на Gizmodo и Paste, если присмотритесь.

Объяснение сверхпроводников при комнатной температуре

Возможно путешествие со скоростью света. Вот как.

Ученые вызвали демоническую частицу

Неужели мы наконец нашли сверхпроводник при комнатной температуре?

Квантовые компьютеры могут создать термоядерные двигатели

Правительство украло исследования Николы Теслы?

Как работает самая большая машина в мире

США ведут «военную игру» в электрической сети

Мы можем вступить в эпоху возрождения ядерной энергетики

Ученые изобрели полностью съедобную батарейку. Ням?

Искусственный фотосинтез производит водородное топливо

Новые изображения Фукусимы вызывают обеспокоенность по поводу безопасности