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2025年01月10日 星期五

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蒸發(fā)驅(qū)動迷你引擎問世

  人類日常生活環(huán)境中司空見慣的水蒸發(fā)現(xiàn)象,能為我們提供大量有用的微能量,還有巨大潛力尚待挖掘。這是6月16日英國《自然·通訊》上報(bào)道的世界第一例蒸發(fā)驅(qū)動引擎給我們帶來的啟示。它由美國哥倫比亞大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研制,能完成一些常見的任務(wù),例如驅(qū)動和發(fā)電。在論文通訊作者奧祖爾·沙欣的演示中,這類引擎能驅(qū)動迷你車或者點(diǎn)亮發(fā)光二極管(LED)。

  物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的過程就叫做蒸發(fā)。在自然界,水的蒸發(fā)是一種普遍的現(xiàn)象,是地球氣候能量轉(zhuǎn)移的主要形式。盡管在自然界中存在大量蒸發(fā)現(xiàn)象,人造蒸發(fā)裝置構(gòu)架也很簡單,但在過去的工程系統(tǒng)中,很少只使用蒸發(fā)作為能量來源。

  奧祖爾·沙欣和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)明了“濕度驅(qū)動人工肌肉”,其英文縮寫為HYDRAs(hygroscopy driven artificial muscles)。這種“濕度驅(qū)動人工肌肉”將細(xì)菌芽孢附著在8微米厚的聚酰亞胺膠帶上。在細(xì)菌芽孢中,水被限制在納米尺度的腔里,依靠濕度可以產(chǎn)生很大的壓力變化。這樣,在潮濕和干燥的條件下,膠帶能改變自身的曲率。當(dāng)很多膠帶并行組裝在一起時,它們就能克服重力提起重物。

  接下來研究者們用這些“濕度驅(qū)動人工肌肉”材料制造了旋轉(zhuǎn)狀和活塞狀的蒸汽驅(qū)動引擎,當(dāng)放在水-氣界面中時它們就能自動啟動和運(yùn)行。他們設(shè)計(jì)了放在水面上的發(fā)電機(jī),用收集的蒸發(fā)能量點(diǎn)亮了發(fā)光二極管燈;還設(shè)計(jì)了一種重量僅為0.1千克的微型車,當(dāng)車?yán)锩娴乃舭l(fā)時,就會驅(qū)動微型車前進(jìn)。

  這種迷你的“蒸發(fā)驅(qū)動引擎”,未來或許能被用來驅(qū)動機(jī)器人系統(tǒng)、傳感器等裝置,甚至驅(qū)動在自然環(huán)境下工作的機(jī)械。

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