
Магия света: крошечные кристаллы, обладающие невероятной силой
Ученые представили миру необычный материал: крошечные органические кристаллы могут превращать свет в механическую силу. А еще удивительно, что этот фотомеханический материал способен поднимать предметы, вес которых в 10 000 раз превышает его собственный. И самое главное — вся эта мощь обходится без использования тепла или электричества.
Фотомеханические материалы созданы для того, чтобы свет превращался непосредственно в движение. Это — результат сложного взаимодействия физики, химии, оптики и других наук. Фотомеханические приводы, в основе которых лежит управление освещением, пользуются все большей популярностью.
Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере совершили небывалый прорыв в разработке таких приводов. Новый материал представляет собой крошечные органические кристаллы, которые могут исполнять настоящие чудеса. Они способны гнуться и поднимать предметы гораздо тяжелее самого себя. Перспективы практического применения такого материала невероятны.
Сочетание фотохимии, химии полимеров, физики и механики в фотомеханическом материале позволяет генерировать механический отклик на молекулярном уровне. До недавнего времени это требовало организации особых условий, чтобы молекулы двигались в нужном направлении. Обычно для этого использовались жидкие кристаллические полимеры или упорядоченные молекулярные кристаллы.
Однако ранее разработанные фотомеханические материалы имели свои ограничения. Они использовали кристаллические твердые вещества, которые меняли свою форму в ответ на фотохимическую реакцию. Но эти материалы часто трескались под воздействием света и не могли служить полностью функциональными приводами. Именно эти проблемы решили ученые из Университета Колорадо.
Они использовали вместо крупных кристаллов массивы крошечных органических кристаллов. Кристаллы получили из диаритена и внедрили в полимерный материал с порами размером с микрон. Это решение стало настоящим прорывом.
Кристаллы вырастали внутри пор, что сделало их прочнее и повысило производство энергии при воздействии света. Поры защищали кристаллы от трещин при освещении. Композитный материал можно сгибать без ущерба для его фотомеханических свойств — он способен выдержать изгиб до 180° и оставаться работоспособным. Кристаллы также позволяют преобразовывать свет в механическую работу без использования тепла и электричества.
Изучая возможности фотомеханических кристаллов, исследователи провели эксперименты, связанные с поднятием тяжестей, чтобы проверить их работоспособность. И результаты оказались поразительными. Кристаллическая матрица весом всего 0,02 мг смогла поднять нейлоновый шарик весом 20 мг. Это великолепное достижение, поскольку вес шарика в 10 000 раз превышает вес кристаллической матрицы.
— руководитель исследовательской группы, Райан Хейворд.
Разработчики считают, что изобретенный ими фотомеханический материал обладает огромным потенциалом и может быть использован во многих областях. Например, он может заменить электроприводы в роботах и транспортных средствах или стать альтернативой громоздким батареям для питания дронов с помощью лазеров. Однако у ученых еще остается много работы, чтобы довести свою разработку до совершенства. Они хотят получить больший контроль над движением материала и повысить его эффективность. Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.
Фотомеханические материалы созданы для того, чтобы свет превращался непосредственно в движение. Это — результат сложного взаимодействия физики, химии, оптики и других наук. Фотомеханические приводы, в основе которых лежит управление освещением, пользуются все большей популярностью.
Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере совершили небывалый прорыв в разработке таких приводов. Новый материал представляет собой крошечные органические кристаллы, которые могут исполнять настоящие чудеса. Они способны гнуться и поднимать предметы гораздо тяжелее самого себя. Перспективы практического применения такого материала невероятны.
Сочетание фотохимии, химии полимеров, физики и механики в фотомеханическом материале позволяет генерировать механический отклик на молекулярном уровне. До недавнего времени это требовало организации особых условий, чтобы молекулы двигались в нужном направлении. Обычно для этого использовались жидкие кристаллические полимеры или упорядоченные молекулярные кристаллы.
Однако ранее разработанные фотомеханические материалы имели свои ограничения. Они использовали кристаллические твердые вещества, которые меняли свою форму в ответ на фотохимическую реакцию. Но эти материалы часто трескались под воздействием света и не могли служить полностью функциональными приводами. Именно эти проблемы решили ученые из Университета Колорадо.
Они использовали вместо крупных кристаллов массивы крошечных органических кристаллов. Кристаллы получили из диаритена и внедрили в полимерный материал с порами размером с микрон. Это решение стало настоящим прорывом.
Кристаллы вырастали внутри пор, что сделало их прочнее и повысило производство энергии при воздействии света. Поры защищали кристаллы от трещин при освещении. Композитный материал можно сгибать без ущерба для его фотомеханических свойств — он способен выдержать изгиб до 180° и оставаться работоспособным. Кристаллы также позволяют преобразовывать свет в механическую работу без использования тепла и электричества.
Изучая возможности фотомеханических кристаллов, исследователи провели эксперименты, связанные с поднятием тяжестей, чтобы проверить их работоспособность. И результаты оказались поразительными. Кристаллическая матрица весом всего 0,02 мг смогла поднять нейлоновый шарик весом 20 мг. Это великолепное достижение, поскольку вес шарика в 10 000 раз превышает вес кристаллической матрицы.
Эти новые приводы явно превосходят все ожидания. Они реагируют мгновенно, надежны и способны поднимать очень тяжелые предметы
— руководитель исследовательской группы, Райан Хейворд.
Разработчики считают, что изобретенный ими фотомеханический материал обладает огромным потенциалом и может быть использован во многих областях. Например, он может заменить электроприводы в роботах и транспортных средствах или стать альтернативой громоздким батареям для питания дронов с помощью лазеров. Однако у ученых еще остается много работы, чтобы довести свою разработку до совершенства. Они хотят получить больший контроль над движением материала и повысить его эффективность. Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Еще раз о ядерной войне на Марсе
Гипотетический конфликт на Красной планете не дает покоя некоторым ученым....

В мозгах спецназовцев обнаружились скрытые аномалии
Новейшее исследование показало, что обычный МРТ вообще не видит некоторые травмы головы....

Причина необъяснимых нападений морских львов на людей наконец-то раскрыта
Все дело в редком токсине, который заполонил прибрежные воды Калифорнии....

Ужасное наводнение создало Средиземное море всего за несколько месяцев
Потоп мчался со скоростью 115 километров в час....

Властелины огня: как древние люди поддерживали пламя в самые холодные времена
Основным топливом была древесина ели....

Термоядерный двигатель доставит людей до Марса всего за три месяца
Новая эра космических исследований вот-вот начнется?...

А фиолетовый-то, говорят… ненастоящий!
Ученые доказали, что этот цвет — иллюзия, существующая лишь у нас в голове....

Общий наркоз стирает уникальность головного мозга
Открытие поможет выводить пациентов из комы....

Археологи обнаружили в Египте 3400-летний затерянный город
Самое поразительное: он скрывался… под руинами древнегреческого некрополя....

Стало известно, как Земля «выкачала» воду с обратной стороны Луны
Сенсацию принес аппарат китайской миссии «Чанъэ-6»....

Новое исследование показало: мягкие игрушки — самые опасные вещи в доме
Микробов в этих предметах оказалось вдвое больше, чем на сиденье унитаза....

Ещё одна бесценная находка: челюсть с берегов Тайваня принадлежала денисовцу
Загадка не давала покоя несколько лет....

Выяснилось, что суша вокруг Аральского моря... стремительно поднимается
И ученые сумели разгадать эту удивительную загадку природы....

Раскрыт секрет: почему самые древние метеориты не долетают до Земли
Против само Солнце, но это не единственная причина....

Зачем археологи измерили и сравнили размеры 50 000 древних домов
Общественное расслоение нельзя считать неизбежным....

Обнаружен гриб, который содержит самое горькое на свете вещество
Эксперты рассказали, почему это сладкая находка для науки....