Razvijanje "sklopke" | 2020

Vsebina:

Anonim

Pri vožnji avtomobila sklopka mehansko prenaša navor motorja na podvozje vozila - sklopko, ki je že dolgo testirana in optimizirana v takih makroskopskih strojih, kar nam daje zelo učinkovite motorje. Za mikroskopske stroje pa je razvijanje sklopke, ki bi delovala na nanoskali, veliko bolj zahtevno, ker je pri mikroskopskih skalah dolžine treba upoštevati različne fizike. Toplotna nihanja igrajo vedno bolj prevladujočo vlogo, ker je naprava miniaturizirana, kar vodi do večjega razprševanja energije in potrebe po razvoju novih načel oblikovanja.

V modelnem mikroskopskem sistemu, ki so ga razvili znanstveniki iz Bristola, Düsseldorfa, Mainza, Princetona in Santa Barbare, je obroč koloidnih delcev lokaliziran v optičnih pincetah in samodejno preveden na krožno pot, prenos rotacijskega gibanja na skupino identičnih koloidov, omejenih na notranjo regijo.

Dr. Paddy Royall z Univerze v Bristolu je dejal: "Ta naprava izgleda kot pralni stroj, vendar so dimenzije majhne. Z optično manipulacijo se lahko obroč delcev stisne po volji, s čimer se spremeni povezava med pogonskimi in obremenjenimi deli. montaža in zagotavljanje načina delovanja, podobnega sklopki. "

Koloidne suspenzije spadajo v kategorijo materialov, znanih kot "mehka snov", in mehkoba rotacijske naprave kaže, da vodi do novih pojavov prenosa, ki niso opaženi v makroskopskih strojih. "Izkoriščanje mehkosti nanomaterialov nam daje dodatne kontrolne mehanizme brez primere, ki jih lahko uporabimo pri oblikovanju mikroskopskih strojev," je pojasnil dr. Royall.

Poleg poskusov na Univerzi v Bristolu so fiziki na Univerzi v Düsseldorfu razvili modelne računalniške simulacije za nadaljnje raziskovanje vezave navora na nanoskali. To omogoča merjenje učinkovitosti nanomajhnikov, ki je majhna, vendar se lahko optimizira s skrbnim nadzorom parametrov sistema.

Raziskovalci so identificirali tri različne režime prenosa: trdno podoben scenarij, ki prenaša moment, podobno kot makroskopsko orodje; scenarij, podoben tekočini, v katerem se velik del vložene energije izgubi zaradi trenja in scenarij vmesnega zdrsa, ki je edinstven za mehke materiale, ki združuje vidike podobnega in tekočega vedenja.

"Osnovno razumevanje postopka spajanja nam bo dalo vpogled v konstrukcijo nanostrojev, pri katerih je prenos navora nujno potreben," je povedal profesor Hartmut Loewen z univerze v Düsseldorfu.

Raziskava je objavljena v Ljubljani Fizika narave .