Selbst Falten mit Origami inspiriert Graphen Minirobots möglich
Origami-inspirierten Graphen-Papier, die sich selbst falten kann ließe sich nichts von Miniatur-Roboter, künstliche Muskeln schaffen laut einer neuen Studie.
Wissenschaftler von Donghua-Universität in China haben gezeigt, dass sanft Heizung ein Arbeitsblatt Graphen, die außerordentlich stark (etwa 200 mal stärker als Stahl nach Gewicht), könnte es in ein Gerät, das in der Lage, zu Fuß nach vorne und nach hinten falten. Und in einem ersten für diese Art von Self Falt Material, sie zeigten, dass es auch Richtungen ändern könnte.
Die Forschung selbst Falt-Strukturen und Geräte für moderne Anwendungen, einschließlich drahtlos Mikro Roboter, künstliche Muskeln und Geräte für das Tissue Engineering, entwickeln Wissenschaftler helfen könnte, sagte Jiuke Mu, Doktorand an der Donghua-Universität und einer der Erfinder des Materials. [Die 6 erstellt seltsamsten Roboter jemals]
"In naher Zukunft es sogar könnte zu bringen Veränderungen für das Leben der Menschen," Mu gesagt Leben Wissenschaft, am Beispiel des Smart Kleidung, "die könnte seine Form und Stil in Reaktion auf Körpertemperatur, Umweltveränderungen oder anderen sanften Stimulationen ändern."
Die Technologie setzt auf Abschnitte des Graphen Papier speziell zu behandeln, so dass sie natürlich Wasserdampf aus der Atmosphäre absorbieren, sagten die Forscher. Wenn das Papier erwärmt wird, wird dieses Wasser abgelassen, verursacht diese Abschnitte zu schrumpfen und zu biegen. Wenn die Heizung nicht mehr, wird dieser Vorgang umgekehrt.
Vorsichtige Plazierung dieser behandelten Abschnitte machte es möglich, verschiedene selbst Falten Objekte, einschließlich zu Fuß Gerät, einem selbstorganisierenden Feld und eine künstliche Hand, die kann zu erfassen und halten Objekte fünfmal schwerer als selbst zu erstellen.
Die Forscher stellten die 3D-Form in die faltet das Papier einfach durch Änderung der Platzierung und Breite der speziell behandelten Bereiche mit größeren Abschnitten biegen mehr als schmaler.
Das caterpillarlike zu Fuß Gerät entstand durch den Bau eines rechteckigen Blattes Papier Graphen mit drei behandelten Bands quer über es, die von vorne nach hinten zunehmend breiteren bekam. Wann wurde das Blatt mit einem Nah-Infrarot-Licht, die Biegung dieser Abschnitte verursacht das Blatt in einem Bogen krümmen beleuchtet.
Aber die unterschiedlichen breiten dieser Abschnitte bedeutete die Rückseite des Blattes gebogen mehr als die vorderen, also wenn das Licht ausgeschaltet war und das Blatt gelockert, das Gerät gespannt nach vorne. Die Reaktion des Materials war so schnell, dass fünf dieser Schritte nur 2 Sekunden dauerte. Durch Erhitzen nur die eine Seite des Blattes, konnten die Forscher auch um das Gerät einzuschalten, weil eine Seite mehr als die anderen verbiegen würde.
Selbst faltende Materialien sind ein wichtiges Thema der Forschung in den letzten Jahren, mit besonderem Fokus auf sogenannte aktive Polymere, Materialien geworden, die andere Formen von Energie in mechanische Arbeit umwandeln. Aber Studien bisher haben oft auf elektrische Schaltungen, ungewöhnlichen Umweltbedingungen oder komplizierte Kombinationen von Materialien, die dazu neigen, zerbrechlich sein.
Indem man ihre Geräte vollständig aus Graphen-ein ein-Atom-Dicke Blatt des Kohlenstoffs, die unglaublich stark und sehr dehnbar ist — Mu und seine Kollegen erstellt ein Gerät, das immer noch 90 Prozent effektiv, war auch nach 500 Mal gefaltet werden. Das Material hat auch eine Energie-Conversion-Rate von 1,8 Prozent, was deutlich besser ist als die 1 Prozent oder niedriger durch andere aktive Polymere erreicht, sagte Mu. [7 coole Anwendungen des 3D-Drucks in der Medizin]
Zusätzlich zum haben des Potenzials, selbst klappbaren Geräte begeistern, sagten die Forscher, dass Graphen Papier schließlich verwendet werden könnten, um künstliche Muskeln zu erstellen. Die Belastung durch eines der Papier-Geräte erzeugt fast zwei Größenordnungen höher als die der Säugetier-skelettartigen Muskeln war, sagten die Forscher.
"Im Vergleich mit anderen Arten von selbst Falten Materialien, All-Graphen-basierte Struktur ist einfacher, seine Ansprechverhalten ist schneller und effizienter ausgegeben", sagte Mu. "Noch wichtiger ist, seine Origami und walking Verhalten ist ferngesteuert."
Reine Graphen können kostspielig und zeitaufwendig zu schaffen, jedoch die Forscher Graphen-Oxid (GO) verwendet, um ihre Papier erstellen. Dieses Material Mu gesagt, Kosten wenig 1 Yuan (oder 16 Cent in US-Dollar) pro Gramm.
Die Forscher verwendeten GO Nanosheets als Bausteine, um größere Blätter vor Durchführung von sogenannten Sauerstoffatome aus der GO entfernen eine Reduktionsreaktion zu konstruieren. Dies wandelt das Material in reduzierten GO (rGO), die keinen beeindruckenden Eigenschaften wie unberührte Graphen, aber immer noch teilt viele der gleichen Eigenschaften.
Entscheidend ist, behandelt jedoch die Wissenschaftler Bereiche der GO-Papier mit Polydopamine (PDA) vor Durchführung der Reduktionsreaktion, die verhindert, dass diese Abschnitte von GO reduziert. Im Gegensatz zum Rest des Papiers absorbieren diese speziell behandelten Flächen leicht Wasserdampf, Ihnen die Fähigkeit zu biegen.
Die Ergebnisse des Teams wurden in einem Papier veröffentlicht in der Zeitschrift Science fördert 6 November beschrieben, aber Mu sagte, es ist immer noch einen weiten Weg, bevor alle praktischen Anwendungen des Papiers realisiert werden können.
"Wir glauben, es gibt noch Raum für Verbesserung der Effizienz der Energieumwandlung," sagte er. "Zweitens denken wir, dass da das Gerät in der Größe, vor allem zu nanoskaligen, verkleinert seine Eigenschaften und Origami Leistung erheblich verändern würde. Daher sind wir auch interessiert ein Nano-Größe All-Graphen-Origami-Gerät zu entwickeln."
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