Новый композитный материал из углеродного волокна, который можно гнуть с помощью электронных импульсов, был продемонстрирован в недавнем исследовании, посвященном проверке концепции.
Представьте себе лопасти ветряной турбины, которые меняют форму для достижения максимальной эффективности при различной скорости ветра, или крылья самолета, которые изгибаются и изменяют свою форму без гидравлических рулей и элеронов. Исследователи из Швеции открыли два возможных варианта использования углеродного волокна.
Новый твердотельный композит из углеродного волокна, способный изменять форму с помощью электронных импульсов, был продемонстрирован исследователями из Королевского технологического института KTH в исследовании, недавно опубликованном Proceedings of the National Academy of Sciences of the United. Штаты Америки (PNAS).
Соавтор Даниэль Зенкерт говорит, что этот материал демонстрирует все полезные свойства материала, изменяющего форму, без недостатков, которые мешали другим разработкам, таких как вес и недостаточная механическая жесткость.
По словам Зенкерт, современные технологии морфинга, которые можно использовать в робототехнике и спутниковых стрелах, полагаются на системы тяжелых механических двигателей, гидравлических и пневматических насосов или соленоидов. Эти механически сложные системы добавляют так называемый «паразитный вес» и требуют больших затрат в обслуживании.
По его словам, один из способов уменьшить механическую сложность - использовать твердотельные материалы для преобразования.
«Мы разработали совершенно новую концепцию», - говорит Зенкерт. «Он легкий, более жесткий, чем алюминий, а форма материала изменяется под действием электрического тока». По его словам, материал способен производить большие деформации и удерживать их без дополнительной силы, хотя и с небольшими скоростями.
Композит состоит из трех слоев, два из которых представляют собой промышленное углеродное волокно, легированное ионами лития, с каждой стороны тонкого сепаратора. Когда слои углеродного волокна имеют одинаковое распределение ионов, материал является прямым. При добавлении электрического тока ионы лития перемещаются с одной стороны на другую, вызывая изгиб материала. Изменение направления тока позволяет материалу вернуться в состояние равновесия и восстановить свою прежнюю несогнутую форму.
«Некоторое время мы работали со структурными батареями, такими как композиты из углеродного волокна, которые также накапливают энергию, как литий-ионные батареи», - говорит Зенкерт. «Сейчас мы продолжили работу. Мы ожидаем, что это приведет к совершенно новым концепциям материалов, которые изменяют форму только под действием электрического управления, материалов, которые также являются легкими и жесткими ».
В настоящее время исследователи работают над другими легкими и конструкционными материалами, которые потребляют меньше энергии во время использования, с конечной целью повышения эффективности использования ресурсов и устойчивости.