Cornell öncülüğündeki bir işbirliği, kimyasal reaksiyonları kullanarak mikro ölçekli origami makinelerinin kendiliğinden katlanmasını sağladı – genellikle işlev gördükleri sıvılardan bağımsız olarak kuru ortamlarda ve oda sıcaklığında çalışabilecekleri anlamına geliyor.
Bu yaklaşım, bir gün kimyasal ortamlarına hızlı bir şekilde yanıt verebilen yeni bir küçük otonom cihaz filosunun oluşturulmasına yol açabilir.
Grubun “Gas Phase Microactivation of Ultrathin Catalytic Sheets Using Kinetically Controlled Surface States,” başlıklı makalesi, Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri’nde 1 Mayıs’ta yayınlandı. Makalenin eş baş yazarları Nanqi Bao, Ph.D. ’22 ve eski doktora sonrası araştırmacı Qingkun Liu, Ph.D. ’22’dir.
Proje, Robert F. Smith Kimya ve Biyomoleküler Mühendislik Okulu’nda Tisch Üniversitesi Profesörü Nicholas Abbott, fizik profesörü Itai Cohen ve fiziksel bilimler John A. Newman Profesörü Paul McEuen ile birlikte Mühendislikte Samuel B. Eckert Profesörü David Muller tarafından yürütüldü.
Abbott “Elektrikten mekanik enerjiye transdüksiyon için oldukça iyi teknolojiler var, örneğin elektrik motoru. McEuen ve Cohen grubu, robotlarıyla bunu mikro ölçekte yapmak için bir strateji gösterdiler,” dedi. “Ancak doğrudan kimyasal enerjiden mekanik enerjiye dönüşüm için, aslında çok az seçenek var.”
Önceki çalışmalar, sadece yüksek sıcaklıklarda birkaç yüz derece santigrat gibi aşırı koşullarda meydana gelebilen kimyasal reaksiyonlara bağımlıydı ve tepkimeler genellikle sıkıcı derecede yavaş, bazen 10 dakika kadar uzun sürüyorlardı – bu da yaklaşımı günlük teknolojik uygulamalar için pratik olmayacak hale getiriyordu.
“Kimyasal aktuatörün yanıtına baktığınızda, tek bir durumdan diğerine doğrudan gitmediğini görürsünüz. Aslında, iki uç durumun herhangi birinden daha aşırı olan kavisli bir eğriye doğru bir yolculuk yapar,” Abbott dedi. “Katalitik bir yolakta basit tepkime adımlarını anladığınızda, hızlı adımları çıkarıp alabilirsiniz. Kimyasal aktüatörünüzü hızlı adımların etrafında çalıştırabilir ve geri kalanını görmezden gelebilirsiniz.”
Araştırmacılar bu hızlı kinetik momentten yararlanmak için doğru malzeme platformuna ihtiyaç duydular ve titanyumla kaplanmış ultra ince platin tabakalar geliştirmek için Muller ile birlikte çalışmış olan McEuen ve Cohen’e başvurdular.
Grup ayrıca, Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden profesör Manos Mavrikakis önderliğindeki teorisyenlerle işbirliği yaptı. Teorisyenler, hidrojenin malzeme üzerine adsorbe edildiği ve oksijene maruz kaldığında meydana gelen kimyasal reaksiyonu parçalamak için elektronik yapı hesaplamaları kullandılar.
Araştırmacılar daha sonra oksijenin hidrojeni hızla soyduğu kritik momenti kullanarak, atomik ölçekte ince malzemenin menteşe gibi deforme olup bükülmesini sağladılar.
Sistem döngü başına 600 milisaniyede harekete geçer ve kuru ortamlarda 20 santigrat derecede yani oda sıcaklığında çalışabilir.
“Sonuç oldukça genelleştirilebilir,” Abbott dedi. “Tüm türler üzerine kurulmuş birçok katalitik reaksiyon geliştirilmiştir. Karbonmonoksit, nitrojen oksitleri, amonyak: hepsi, kimyasal olarak hareketli aktüatörler için yakıt olarak kullanılabilecek adaylardır.
Ekip, tekniklerini paladyum ve paladyum altın alaşımları gibi diğer katalitik metaller üzerinde uygulamayı bekliyor. Sonunda, bu çalışma, kontrol devreleri ve yerleşik hesaplama gibi özelliklerin materyalin yanıtı tarafından ele alındığı otonom malzeme sistemlerine yol açabilir. Örneğin, kimyasal bileşime dayalı akışları düzenleyen otonom bir kimyasal sistem.
Cohen, “Gerçekten heyecanlıyız çünkü bu çalışma gazlı ortamlarda çalışan mikro ölçekli origami makinelerinin yolunu açıyor” dedi. [1]Self-folding origami machines powered by chemical reactions[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Self-folding origami machines powered by chemical reactions |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
