Mesterséges izmok nanocsövekből<br/>

Az utóbbi években megállapították, hogy a grafitrács-szerkezetű szénből álló csövecskék, melyeket néhány nanométeres átmérőjük alapján nanocsöveknek neveznek, különleges elektromos és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek.

A grafitról régóta ismeretes, hogy méhsejt szerkezetű kristályrácsa kiterjed, ha a grafitrács-síkok elektromosan feltöltődnek. Kvantumkémiai számítások szerint hasonlóan viselkednek a nanocsövek is: elektrosztatikus töltés hatására megnyúlnak. Ez új alkalmazási lehetőségeket vet fel. Például legújabban egy nemzetközi kutatócsoport a stuttgarti Max Planck Szilárdtestfizikai Kutatóintézetben Ray Baughman vezetésével kimutatta, hogy nemezelt nanocsövekből álló film vékony csíkjai mesterséges izomként alkalmazhatók a mikrorobotikában.
A nanocsövek előállítására többféle eljárás van. A kutatók olyan módszert alkalmaztak, amelyben nanocsőkötegek jöttek létre. Egy köteg több száz, egyenként mintegy 10 nanométer átmérőjű és több mikrométer hosszúságú nanocsőből állt (a mikrométer a milliméter ezred-, a nanométer pedig egymilliomod-része - a szerk.). A kötegeket az oldószerből kiszűrve és megszárítva olyan vékony film maradt vissza, amelyben a kötegek olyasféle kusza összevisszaságban voltak, mint a papírlapban a cellulózrostok. Ha ezt a filmet elektrolitba, például vizes konyhasóoldatba merítették, és megfelelő csatlakozáson át elektromos feszültséget adtak rá, a film hosszában és széltében is megnyúlt, mivel az elektromos feltöltődés hatására a filmet alkotó egyes nanocsövek is megnyúltak. A kutatók mérései szerint a vékony filmcsík 1 volt feszültség hatására 0,04 százalékkal nyúlt meg. Ez nagyon kis változásnak tűnik, de még mindig nagyobb, mint amekkora a piezoelektromos anyagokkal elérhető, amelyeket ma gyakran alkalmaznak aktuátorokban (elektromos indítószerkezetekben). Ráadásul a nanocsövekből álló film nyúlóképessége növelhető, ha a nanocsövek kevésbé, vagy egyáltalán nincsenek kötegekben, mert akkor nagyobb az elektrolittal érintkező felületük.
Egy aktuátor minőségét, használhatóságát azonban nem csak az határozza meg, hogy milyen távolságra tud egy terhet elmozdítani, hanem az is, hogy milyen súlyos ez a teher. A "nemezelt" nanocsövekből álló filmnek a rugalmassági modulusszal jellemezhető szilárdsága kiváló, jócskán meghaladja a természetes izmokét, és ezen belül az egyes nanocsöveké még mintegy százszor nagyobb, tehát a film mechanikai tulajdonságai még javíthatók.
A kutatók azt is bemutatták, hogyan készíthető aktuátor a nyújtható filmből. Mindkét oldalán ragasztóréteggel ellátott szalag első és hátsó oldalára csíkot ragasztottak a filmből, és az egészet elektrolitba lógatták. Az egyik filmre negatív, a másikra pozitív feszültséget kapcsoltak. Mivel a pozitív feszültség hatására a film erősebben nyúlik, a szalag mint egy behajlított kar begörbült. A polaritást megcserélve a szalag az ellenkező irányba hajlott, úgy, hogy vége a nyugalmi helyzettől egy centiméterre volt. Ha a kísérletben ragasztószalag helyett lényegesen vastagabb, PVC-lemezből levágott csíkot használtak, a film azt is meghajlította.
A nanocsövekből készített aktuátort mindenekelőtt a mikrorobotikában lehetne alkalmazni a jelenleg általában használatos ferroelektromos anyagok helyett. Előnye lenne, hogy működtetéséhez kisebb feszültség szükséges. Ráadásul ezek az aktuátorok vizes közegben működnek, például sós vízben, mint a tengervíz vagy a fiziológiás sóoldat, ami szintén új alkalmazási területeket nyit meg. Ha pedig "fordítva" működtetik, az alakváltozásból eredő mechanikai energia elektromos energiává alakítható, és így a film érzékelőként használható például a szeizmológiában.

(ÉT)

Ajánló:

Max Planck Intézet - Fizika