Углеродные микролодки движутся от солнечных зайчиков

Световой ротор виден как крошечный крестик. Слева – край линзы, направляющей солнечный свет, справа от «пропеллера» – блик от ярких лучей (фото Stefan Pastine).

Американские физики построили два миниатюрных устройства, которые плавают по поверхности воды, движимые силой солнечного света практически напрямую: в необычных изделиях нет ни солнечных батарей, ни электроники и даже ни одной подвижной детали.

Это исследование возглавили профессора Алекс Зеттл (Alex Zettl) и Жан Фречет (Jean M. J. Fréchet) из Калифорнийского университета. Зеттл, кстати, нам знаком по таким достижениям, как внутриклеточный наноинъектор, наноэлектромеханический осциллятор релаксации и «демонический» выпрямитель тепла. Вот и на этот раз необычные «игрушки» учёных выполнены с применением нанотехнологий.

Что интересно, оба крошечных устройства покоятся на воде за счёт сил поверхностного натяжения и приводятся в движение также за счёт этих сил.

Первый «кораблик» создан из тонкого листа прозрачного пластика, а в поперечнике он насчитывает около сантиметра. Одна сторона этого изделия покрыта целым лесом из стоящих вертикально миллиардов углеродных нанотрубок. Они способны поглотить почти весь упавший на них свет (о таком полезном свойстве нанотрубок учёные говорят давно).

Край «лодки» под сканирующим электронным микроскопом. Виден лес из мириад нанотрубок, покрывающих пластиковую основу (фото David Okawa).

Если на один край этой лодки посветить ярким светом (в опытах использовался солнечный, сконцентрированный линзой, но, утверждают исследователи, подошёл бы и лазер), этот край моментально нагреется и нагреет прилегающий к нему тонкий слой воды. А поскольку сила поверхностного натяжения падает с ростом температуры, возникает дисбаланс, толкающий плавающую пластинку вперёд. Таким образом учёные научились произвольно менять траекторию своего «кораблика», который словно следовал за солнечным зайчиком.

Второе устройство, построенное калифорнийцами, работает по тому же принципу, но отличается формой и распределением нанотрубок. Это «пропеллер» с четырьмя лопастями, также плавающий на воде за счёт поверхностного натяжения. При направлении на него солнечного света он начинает вращаться с темпом до 70 оборотов в минуту.

Максимальная скорость пластинки достигала 8 сантиметров в секунду (фото Stefan Pastine).

Зеттл поясняет, что красота разработки — в устранении промежуточных стадий преобразования энергии, как было бы, если «кораблики» передвигались бы за счёт электричества, вырабатываемого от света. При этом эффективность преобразования излучения в движущую силу высока, поскольку «силы поверхностного натяжения очень мощные», — поясняет профессор.

Данный принцип движения, уверены авторы опыта, можно распространить как на изделия гораздо меньшего масштаба (различные микромеханические устройства), так и на большие механизмы. В частности, Зеттл и его соратники намерены апробировать нанотрубочный привод на макроскопических устройствах. Есть надежда, что такие «лодки» или «роторы» смогут приводить в движение электрические генераторы (заменяя тем самым солнечные батареи) либо водяные насосы.

Читайте также о ковре из нанотрубок и роботах, бегающих по воде.



Кривой луч зажигает плазму и большие надежды

10 апреля 2009

Впервые созданы пятиугольные кристаллы льда

7 апреля 2009

Получена совершенно новая форма мезопористого кремния

6 апреля 2009

Сверхпроводник полуторного рода удивил физиков двуличностью

19 марта 2009

Физики создали прототип батареи на спинах

17 марта 2009