Удивительный микродвигатель внутреннего сгорания
Ученые из России, Нидерландов и Германии разработали микродвигатель нового типа – он работает на сгорании кислорода и водорода. В статье, представленной в журнале Scientific Reports, они описывают процесс строительства микродвигателя, принципы его работы и его значение для микросистем будущего.
Чем меньше становятся электронные устройства, тем сильнее ощущается нужда в миниатюрных двигателях – но научная разработка последних идет с черепашьей скоростью. Микродвигатели на силах электростатического взаимодействия слишком маломощны, а КПД традиционных двигателей внутреннего сгорания падает по мере их уменьшения. Но, кажется, новый двигатель внутреннего сгорания решает многие из этих проблем – только сами авторы изобретения не очень понимают, как оно работает.
Двигатель очень прост. Ученые соорудили крошечную камеру высокого давления, на одном конце которой размещалась гибкая мембрана; а потом поместили внутрь провода, проложенные в растворе соленой воды. Если пустить по проводам ток, водород и кислород в воде диссоциируют в мельчайшие пузырьки (т.е., произойдет электролиз). Этот процесс поднимает давление в камере (примерно до 3,6 бар), заставляя мембрану выгибаться (примерно на 1,4 микрона). Отключение электричества возвращало мембрану в исходное состояние, но одной распыляемой мощности явно недостаточно, чтобы объяснить высокую скорость возвратного движения. Ученые подозревают, что газ мог снова превратиться в молекулы воды. Так или иначе, быстрый «ход» мембраны туда-сюда может использоваться в качестве силового механизма – то есть двигателя.
Что примечательно, габариты нового микродвигателя – всего 100х100х5 микронов. Изготовили ее из кремниевых пластин, покрытых слоем нитрида кремния и платиновыми электродами. Мембрана была частью пластины - ее выгравировали на задней части пластины.
Для своего размера микродвигатель выдает очень большой крутящий момент; именно поэтому он может стать основой крошечных устройств, которые будут или осуществлять движение (закачивать жидкость, например), или перемещаться сами (например, внутри кровеносных сосудов). Изобретатели двигателя и другие ученые, безусловно, будут продолжать выяснять принцип его работы и прикидывать, насколько его можно миниатюризировать.
Микродвигатель представлен в журнале Scientific Reports.
По материалам Phys.org.
Артём Космарский nauka21vek.ru
Конструкция микросхемы. (a) Кремниевая пластина с верхним слоем SiRN соединена со стеклянной пластиной. (b) Оптическое изображение камеры в устройстве. Мембрана (окрашена зеленым) вырезана не до конца; в норме она совпадает с камерой по размеру. По расположенными в центре электродами виден датчик температуры (из поликристаллического кремния). (с) Общая конструкция микросхемы: входы/выходы, удлиненные каналы и шесть столбиковых вывода (два для электродов и четыре для датчика). (d). Полностью функциональное устройство, приклеенное к блоку управления, запечатанное, с проволочным монтажом.