科學(xué)家研究出可利用蒸汽動力運動和發(fā)電的復(fù)合材料
2015-12-15 來源：中國聚合物網(wǎng)
如圖所示為旋轉(zhuǎn)式引擎利用蒸發(fā)能量驅(qū)動的微型汽車。電子顯微鏡圖像顯示了利用細(xì)菌孢子制備的蒸汽動力“人造肌肉”聚合物組件。圖片來源：哥倫比亞大學(xué)。
蒸發(fā)是一種強(qiáng)大的自然力量，可以在很遠(yuǎn)的距離內(nèi)將水提取并轉(zhuǎn)移到海洋和山頂。生物系統(tǒng)利用蒸發(fā)的能量的規(guī)模較小，例如，小麥等利用蒸發(fā)來釋放花粉，松果利用蒸發(fā)來釋放種子。
最近，科學(xué)家利用改造的細(xì)菌孢子和聚合物制備出一種利用蒸汽動力運動和發(fā)電的復(fù)合材料。
通過利用環(huán)境中的水蒸發(fā)來收獲能源，研究人員展示了水氣界面的自激活發(fā)電的發(fā)動機(jī)。這種蒸汽動力引擎可以作為動力機(jī)械系統(tǒng)、傳感器等設(shè)備的驅(qū)動器。
生物的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)利用蒸發(fā)的水在納米尺度的部分依靠纖維作機(jī)械功，以應(yīng)對環(huán)境濕度的變化。這種能量轉(zhuǎn)換過程在人造系統(tǒng)上的應(yīng)用是十分困難的。原因之一是在較大的工程組件(相對于密閉空間)內(nèi)，濕度變化緩慢，蒸發(fā)率很低。因此，制備大型基于水蒸發(fā)和吸附周期的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一直是一個被忽視的研究領(lǐng)域。
哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家從蒸發(fā)環(huán)境中有效地收集了能量，用來驅(qū)動發(fā)動機(jī)在水氣界面的自動啟動和運行。人工細(xì)菌孢子在聚合物內(nèi)合成的“肌肉”增強(qiáng)了水蒸發(fā)率。
研究人員優(yōu)化了孢子層的厚度，使水快速在納米孔中移動。蒸發(fā)的能量轉(zhuǎn)換成肌肉的能量，一小部分能量可以通過反饋機(jī)制來降低和適應(yīng)環(huán)境濕度的變化，使孢子快速實現(xiàn)肌肉的拉伸和收縮循環(huán)。
控制拉伸時所需的濕度，自動調(diào)節(jié)的反饋機(jī)制可以使?jié)穸冉档。這個過程可精確控制啟用水氣界面的自激活發(fā)電的活塞引擎式和旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)，并驅(qū)動燈泡發(fā)光，驅(qū)動微型汽車前進(jìn)，該研究可以應(yīng)用于蒸汽動力驅(qū)動的動力機(jī)械系統(tǒng)和傳感器。
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