211service.com
Det kraftfulde løfte om en forvirrende ny mikroskopisk forbrændingsmotor
Motorer har spillet en afgørende rolle i industrialiseringen af verden. Det er svært at tænke på en innovation, der har haft større indflydelse.
Tendensen i dag går i retning af mindre, mere effektive motorer. Der er jetmotorer på størrelse med kaffekopper, der driver autonome fly og kraftige elektriske motorer, der gør børnehelikoptere mere nyttige end noget andet, der var muligt for bare 10 år siden.
Men der er gode grunde til at tro, at forbrændingsmotorer næppe bliver meget mindre i den nærmeste fremtid. Forbrændingsmotorer bliver enormt ineffektive, da de bliver mindre, fordi varmen siver hurtigere væk. Det er det uundgåelige resultat af den måde, hvorpå volumen og overfladearealet ændrer sig i forhold til hinanden, efterhånden som tingene bliver mindre. (Samme effekt er grunden til, at mus har svært ved at holde sig varme, mens elefanter har svært ved at køle ned.)
Så de fleste mikroaktuatorer er afhængige af andre effekter for at producere kraft. Der er to hovedkategorier: termiske kræfter, som har tendens til at være langsomme, og elektrostatiske kræfter, som har tendens til at være svage. Det, der er brug for, er noget, der er stærkere og hurtigere.
I dag siger Vitaly Svetovoy ved University of Twente, at de har opdaget en helt ny mekanisme til at producere kræfter på mikroskalaen, som er både kraftige og hurtige. Og selvom de endnu ikke fuldt ud forstår denne mekanisme, mener de, at den er baseret på dissocieringen af vand til brint og oxygengas og dets rekombination tilbage til vand.
Disse fyre har endda bygget en mikromotor, der demonstrerer fænomenet. Denne aktuator er det første skridt til virkelig mikroskopiske forbrændingsmotorer, siger de.
Den nye mikroforbrændingsmotor er i princippet enkel. Den består af et lillebitte kammer fyldt med vand og indeholder et par elektroder, der er knyttet til et kredsløb. At føre en strøm gennem kredsløbet får vandet til at dissociere til ilt og brint, som derefter danner nanobobler.
Selvom disse bobler er for små til at se, øger gasvolumenet dramatisk trykket i kammeret, hvilket får en membran i den ene ende til at deformeres. Det er det, der genererer kraft.
Når strømmen stopper, falder trykket hurtigt. Faktisk så hurtigt, at forskerne ikke er helt sikre på hvorfor. Det er bestemt for hurtigt til konventionelle processer, såsom gassen, der diffunderer ud af kammeret eller opløses tilbage i væsken.
Men Svetovoy og tror, de ved, hvad der foregår. Deres idé er, at når strømmen afbrydes, forbrænder brinten og ilten i nanoboblerne spontant og dannes igen til vand. Det er denne forbrænding og fjernelse af gassen, der får trykket til at falde så hurtigt.
Uanset mekanismen, anvender de en vekselspænding/strøm på 50 KHz for at skabe deres motor. Dette producerer en konstant kilde til bobler til forbrænding og forårsager en frem og tilbage vibration af membranen, som kan bruges til at udføre arbejde. Voila! En mikroskopisk forbrændingsmotor.
Det er en spændende udvikling, der lover et utal af muligheder. Svetovoy og co beskriver ikke nogen potentielle anvendelser for deres nye mikroforbrændingsmotorer, så det vil jeg overlade til læserne af MIT Technology Review . Ideer, venligst i kommentarfeltet nedenfor.
Ref: http://arxiv.org/abs/1402.7101 : Ny type mikromotor, der bruger intern forbrænding af brint og ilt