211service.com
Det kraftfulla löftet om en förbryllande ny mikroskopisk förbränningsmotor
Motorer har spelat en avgörande roll i industrialiseringen av världen. Det är svårt att tänka på en innovation som har haft större inverkan.
Trenden idag går mot mindre, effektivare motorer. Det finns jetmotorer lika stora som kaffekoppar som driver autonoma flygplan och kraftfulla elmotorer som gör barnhelikoptrar mer användbara än något som var möjligt för bara 10 år sedan.
Men det finns goda skäl att tro att förbränningsmotorer sannolikt inte kommer att bli mycket mindre inom kort. Förbränningsmotorer blir enormt ineffektiva när de blir mindre eftersom värme läcker bort snabbare. Det är det oundvikliga resultatet av hur volym och yta förändras i förhållande till varandra när saker och ting blir mindre. (Samma effekt är anledningen till att möss har svårt att hålla sig varma medan elefanter har svårt att svalna.)
Så de flesta mikroaktuatorer förlitar sig på andra effekter för att producera kraft. Det finns två huvudkategorier: termiska krafter, som tenderar att vara långsamma, och elektrostatiska krafter, som tenderar att vara svaga. Det som behövs är något som är starkare och snabbare.
Idag säger Vitaly Svetovoy vid University of Twente att de har upptäckt en helt ny mekanism för att producera krafter på mikroskalan som är både kraftfulla och snabba. Och även om de ännu inte helt förstår denna mekanism, tror de att den är baserad på dissociationen av vatten till väte och syrgas och dess rekombination tillbaka till vatten.
Dessa killar har till och med byggt en mikromotor som demonstrerar fenomenet. Detta ställdon är det första steget till verkligt mikroskopiska förbränningsmotorer, säger de.
Den nya mikroförbränningsmotorn är i princip enkel. Den består av en liten kammare fylld med vatten och som innehåller ett par elektroder anslutna till en krets. Att passera en ström genom kretsen gör att vattnet dissocierar till syre och väte, som sedan bildar nanobubblor.
Även om dessa bubblor är för små för att se, ökar gasvolymen dramatiskt trycket i kammaren, vilket gör att ett membran i ena änden deformeras. Det är detta som genererar kraft.
När strömmen upphör sjunker trycket snabbt. Så snabbt, faktiskt, att forskarna inte är helt säkra på varför. Det är verkligen för snabbt för konventionella processer som att gasen diffunderar ut ur kammaren eller löses upp i vätskan.
Men Svetovoy och tror att de vet vad som händer. Deras idé är att när strömmen stängs av förbränns vätet och syret i nanobubblorna spontant och formas tillbaka till vatten. Det är denna förbränning och avlägsnandet av gasen som gör att trycket sjunker så snabbt.
Oavsett mekanism, applicerar de en växelspänning/ström på 50 KHz för att skapa sin motor. Detta producerar en konstant källa av bubblor för förbränning och orsakar en fram och tillbaka vibration av membranet, som kan användas för att utföra arbete. Voila! En mikroskopisk förbränningsmotor.
Det är en spännande utveckling som lovar en myriad av möjligheter. Svetovoy och co beskriver inga potentiella tillämpningar för sina nya mikroförbränningsmotorer så jag överlåter det till läsarna av MIT Technology Review . Idéer, snälla, i kommentarsfältet nedan.
Ref: http://arxiv.org/abs/1402.7101 : Ny typ av mikromotor som använder intern förbränning av väte och syre