Fungerer som en muskel, Enheden i nanostørrelse løfter 165 gange sin egen vægt

Forestil dig gentagne gange at løfte 165 gange din vægt uden at svede-en bedrift, der normalt er forbeholdt helte som Spider-Man.

Rutgers University-New Brunswick ingeniører har opdaget en enkel, økonomisk måde at lave en enhed i nano-størrelse, der kan matche det venlige kvarter Avenger, i en meget mindre skala. Deres skabelse vejer 1,6 milligram (omkring så meget som fem valmue frø) og kan løfte 265 milligram (vægten af ​​omkring 825 valmue frø) hundredvis af gange i træk.

Dens styrke kommer fra en proces med at indsætte og fjerne ioner mellem meget tynde plader molybdendisulfid (MoS2), en uorganisk krystallinsk mineralforbindelse. Det er en ny type aktuator - enheder, der fungerer som muskler og konverterer elektrisk energi til mekanisk energi.

Rutgers-opdagelsen-elegant kaldet en "inverteret serieforbundet (ISC) biomorph-aktiveringsenhed"-er beskrevet i en undersøgelse, der i dag blev offentliggjort online i tidsskriftet Natur .

"Vi fandt ud af, at ved at anvende en lille mængde spænding, enheden kan løfte noget, der er langt tungere end ham selv, "sagde Manish Chhowalla, professor og associeret formand for Institut for Materialevidenskab og Teknik på Ingeniørhøjskolen. "Dette er et vigtigt fund inden for elektrokemiske aktuatorer. Den enkle ompakning af atomisk tynde plader af metallisk MoS2 fører til aktuatorer, der kan modstå belastninger og belastninger, der kan sammenlignes med eller større end andre aktuatormaterialer."

Aktuatorer bruges i en lang række elektromekaniske systemer og i robotteknologi. De har applikationer såsom styrbare katetre, flyvinger, der tilpasser sig ændrede forhold og vindmøller, der reducerer træk, undersøgelsesnotaterne.

Opdagelsen ved Rutgers University-New Brunswick blev foretaget af Muharrem Acerce, studere hovedforfatter og en doktorand i Chhowallas gruppe, med hjælp fra E. Koray Akdo? an, undervisningsassistent i Institut for Materialevidenskab og Teknik, sagde Chhowalla, seniorforfatter af undersøgelsen.

Molybdendisulfid-et naturligt forekommende mineral-bruges almindeligvis som et fast smøremiddel i motorer, ifølge Chhowalla, der også leder Rutgers Institute for Advanced Materials, Enheder og nanoteknologi. Det er et lagdelt materiale som grafit, med stærk kemisk binding inden for tynde lag men svag binding mellem lagene. Dermed, individuelle lag af MoS2 kan let adskilles i individuelle tynde ark via kemi.

De ekstremt tynde plader, også kaldet nanosheets, forbliver suspenderet i opløsningsmidler, såsom vand. Nanosheetene kan samles i stakke ved at lægge opløsningen på et fleksibelt materiale og lade opløsningsmidlet fordampe. De genpakket ark kan derefter bruges som elektroder - svarende til dem i batterier - med høj elektrisk ledningsevne til at indsætte og fjerne ioner. Indsættelse og fjernelse af ioner fører til udvidelse og sammentrækning af nanosheets, resulterer i kraft på overfladen. Denne kraft udløser bevægelse - eller aktivering - af det fleksible materiale.

Chhowalla og hans gruppemedlemmer fandt ud af, at deres MoS2-baserede elektrokemiske enhed har mekaniske egenskaber såsom stress, belastning og arbejdskapacitet, der er ekstraordinære i betragtning af, at elektroderne er lavet ved blot at stable svagt interagerende nanosheets.

"Det næste trin er at skalere op og prøve at lave aktuatorer, der kan flytte større ting, "Sagde Chhowalla.