Urządzenia wykorzystujące energie z otoczenia. Nowe badania naukowców!
Międzynarodowy zespół naukowców z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu oraz Uniwersytetu Stellenbosch udowodnił, że zmiany zachodzące w ciałach stałych pod wpływem temperatury czy ciśnienia można dokładnie wyjaśnić, obserwując zachowanie cząsteczek.
Badania pokazały, że niektóre materiały reagują na bodźce środowiskowe w sposób bardzo uporządkowany, a ich ruchy na poziomie molekularnym przekładają się na zauważalne zmiany kształtu czy rozmiaru.
Tego typu zjawiska mogą stać się podstawą do tworzenia nowych urządzeń, które będą wykorzystywać energię pochodzącą z otoczenia do wykonywania precyzyjnych ruchów, nawet w wyjątkowo trudnych warunkach pracy.
Szczególne zainteresowanie naukowców wzbudziły porowate kryształy triangliminy. Okazało się, że podczas pochłaniania lub uwalniania dwutlenku węgla mogą one wydłużać się lub kurczyć prawie wyłącznie w jednym kierunku. To wyjątkowe zachowanie, bo większość materiałów reaguje na ciśnienie gazu w sposób mniej uporządkowany. Dzięki zastosowaniu zaawansowanych technik obserwacyjnych prowadzonych bezpośrednio w trakcie działania gazu badacze mogli zobaczyć, jak dokładnie zmienia się struktura kryształów. Specjaliści ustalili, że zmiany zachodzące pomiędzy cząsteczkami prowadzą do efektu makroskopowego, czyli widocznego powiększenia kryształu nawet o 10 procent.
Tak precyzyjne zrozumienie mechanizmu działania triangliminy ma ogromne znaczenie praktyczne. Pozwala bowiem projektować nowe materiały reagujące w przewidywalny sposób na sygnały z otoczenia. Materiały takie mogą stać się podstawą czujników wykrywających zmiany ciśnienia czy stężenia gazów, a także miniaturowych siłowników, które zmieniają kształt pod wpływem określonego bodźca. Z kolei w systemach optycznych mogłyby zapewniać precyzyjne ustawianie elementów w odpowiedzi na zmieniające się warunki.
Badania pokazują, że nawet niewielkie ruchy molekularne mogą prowadzić do dużych i kontrolowanych zmian na poziomie całego materiału. To otwiera drogę do tworzenia inteligentnych struktur, które będą reagować na otoczenie bez potrzeby stosowania skomplikowanej elektroniki czy dodatkowych źródeł energii. Dzięki takim odkryciom nauka zbliża się do projektowania materiałów nowej generacji, które mogą znaleźć zastosowanie w technologiach przyszłości – od energooszczędnej automatyki po systemy używane w przestrzeni kosmicznej.
Źródło: UAM w Poznaniu
Czytaj też: Badania odkrywają przełącznik odpornościowy dla raka i autoimmunizacji
Grafika tytułowa: Hal Gatewood / Unsplash
