Новости химической науки > Искусственные мышцы из углеродных нанотрубок

Исследователям удалось создать искусственные мышечные волокна, которые могут с большой скоростью скручиваться вдоль своей оси в обоих направлениях, неся при этом значительную нагрузку.

Скручивающийся микромотор, работа которого основана на сплетении в единую нить отдельных многостенных углеродных нанотрубок, может использоваться как для закачки жидкостей, так и для их перемешивания в микрокапиллярных миниатюрных устройствах, а также применяться для того, чтобы приводить в движение микроскопических роботов.

При приложении электрического тока «мышца» начинает вращаться со скоростью 600 оборотов в минуту. (Рисунок из Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1211220)

Группа исследователей под руководством Рэя Баугмана (Ray Baughman) из Университета Техаса сплели нить из тысяч углеродных нанотрубок, диаметр каждой из которых составлял около 10 нм. Исследователям удалось создать спиралевидные нити пряжи диаметром 10 мкм и длиной несколько сантиметров. При использовании такой нити в качестве электрода и помещении ее в электролит, содержащий второй электролит и приложении электрического тока к системе нить начинает вращаться, скручиваясь в одном направлении с большой скорости до достижения предельной величины скрутки; при изменении значения разности потенциалов начинается раскручивание в противоположном направлении.

Приобретение жгутом из нанотрубок электрического заряда приводит к миграции ионов из раствора электролита в нанотрубки – это позволяет скомпенсировать электронный заряд, локализующийся на нанотрубке. Приток ионов приводит к увеличению объема жгутов из нанотрубок, при этом длина жгута уменьшается, а эта диспропорция и вызывает вращение жгута ,.

Исследователи продемонстрировали, что жгут способен к вращению в разные стороны, при этом вращении он делает более 40 полных оборотов со средней скоростью вращения около 600 оборотов в минуту. Жгут сохраняет способность вращаться даже в том случае, если с ним связана полезная нагрузка, масса которой в 2000 раз превышает массу самого жгута.

Баугман отмечает, что продемонстрированная возможность вращаться на 250 градусов на миллиметр длины искусственной мышцы более чем в тысячу раз превышает возможности искусственных мышц аналогичного типа, вращательное движение которых было основано на обладающих «памятью» сплавов металлов или электропроводных полимеров, а производительность искусственной мышечной системы на единицу веса нагрузки сравнима с аналогичным параметром электродвигателей.

Тем не менее эксперты по молекулярным двигательным устройствам расходятся в оценке работы. Тони Райан (Tony Ryan) из Университета Шеффилда заявляет, что исследователи из группы Баугмана продемонстрировали замечательную комбинацию механохимии и электрохимии, полагая, что в скором времени система Баугмана сможет найти применение в микрокапиллярных системах.

Евгений Терентьев (Eugene Terentjev) из Кембриджа менее впечатлен результатами работы Баугмана, отмечая, что сила, создаваемая новой имитацией искусственной мышцы слишком слаба, а создаваемая ей работа чрезвычайно мала. Терентьев полагает, что данная система может решать только одну практическую задачу – закрывать или открывать каналы микрокапиллярных систем, поскольку для передачи вращательных движений существует достаточное количество альтернативных и более удачных решений.

Источник: Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1211220

метки статьи: #молекулярные устройства, #нанотехнологии, #новые материалы, #физическая химия