Искусственные мышцы из нанотрубочных аэрогелей
Достижения в области нанотехнологий - нанобиология и наномедицина
Искусственные мускулы -  это материалы, способные преобразовывать различные виды энергии: электрическую, химическую, термическую и др. – в механическую энергию и совершать для нас полезную работу. Помимо этого, такие материалы должны быть прочны и способны развивать значительное усилие.  Исследователи из США изготовили искусственные мышцы из полосок нанотрубочных аэрогелей, которые образуются при растягивании леса углеродных нанотубок. Получается материал из продольно ориентированных пучков нанотрубок, который состоит главным образом из воздуха и имеет плотность около 1.5 мг/см3 (1.3 мг/см3 для воздуха при н. у.). Из-за анизотропной структуры полоски имеют большую жесткость лишь в продольном направлении и довольно мягки в поперечном. 

В основе работы мышц лежит явление кулоновского отталкивания трубок при подаче на полоску аэрогеля высокого напряжения относительно заземленного электрода. В таких условиях происходит расширение полосы до 220% со скоростью 37000 % в секунду. При этом полоса также на несколько процентов уменьшается в продольном направлении, что приводит к возникновению значительного механического напряжения, в 30 раз большего, чем у мышц животных. Вдобавок, материал может работать при температурах от 80 до 1900 К. 

Полоски аэрогеля обладают еще одним интересным свойством. У них наблюдаются высокие значения коэффициента Пуассона, который равен отношению значений относительной поперечной деформации тела к относительной продольной деформации. В то время как у обычных материалов этот коэффициент меняется от 0 (хрупкие тела) до 0.5 (упругие тела), у аэрогеля он достигает 15, и при удлинении полосы на 1 % ее объем снижается на 24 % за счет значительного уменьшения ширины и толщины. Это редкое свойство также означает, что в случае равномерного (гидростатического) сжатия образца аэрогеля по всем направлениям его длина не уменьшится (как, например, у стали), а наоборот, увеличится. 

Нанотрубочные мускулы перспективны для создания МЭМС/НЭМС, а за счет огромного коэффициента Пуассона аэрогель может использоваться в качестве усилителя деформации. Кроме того, плотность полосок может легко меняться с килогерцовыми частотами путем приложения электрического поля, что интересно для оптических приложений. 

Работа «Giant-Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aerogel Muscles» опубликована в журнале Science.
Источник: www.nanometer.ru