(Phys.org)—Magnetische levitatie is aangetoond voor een verscheidenheid aan objecten, van treinen tot kikkers, maar tot nu toe heeft niemand een praktische op maglev gebaseerde actuator ontwikkeld die een externe energiebron in beweging zet. Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben voor het eerst een laser gebruikt om de beweging van een magnetisch zwevende grafietschijf te regelen. Door de temperatuur van de schijf te wijzigen, de laser kan de levitatiehoogte van de schijf veranderen en in een gecontroleerde richting bewegen, die het potentieel heeft om te worden opgeschaald en gebruikt als een door licht aangedreven menselijk transportsysteem. Laserlicht of zonlicht kan er ook voor zorgen dat de zwevende schijf met meer dan 200 tpm gaat draaien, wat zou kunnen leiden tot een nieuw type lichtenergieconversiesysteem.

De onderzoekers, Dr. Masayuki Kobayashi en professor Jiro Abe van de Aoyama Gakuin University in Kanagawa, Japan (Abe staat ook op CREST, Japan Science and Technology Agency in Tokio), hebben hun studie over het optisch regelen van de beweging van maglev-grafiet gepubliceerd in een recent nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"Het belangrijkste punt in dit werk is het bereiken van een real-time motion control-techniek die een magnetisch zwevend diamagnetisch materiaal voor het eerst in de wereld contactloos kan verplaatsen, "Abe vertelde" Phys.org . "Omdat deze techniek heel eenvoudig en fundamenteel is, het zal naar verwachting van toepassing zijn op verschillende dagelijkse levenstechnieken, zoals transportsystemen en amusement, evenals foto-actuatoren en lichtenergieconversiesystemen."

Zoals de onderzoekers uitleggen, magnetische levitatie treedt op als gevolg van het diamagnetisme van een object, die magnetische velden afstoot. Hoewel alle materialen enig diamagnetisme hebben, het is meestal te zwak om ze magnetisch te laten zweven. Magnetische levitatie treedt alleen op wanneer de diamagnetische eigenschappen van een materiaal sterker zijn dan de ferromagnetische en paramagnetische eigenschappen (die magnetische velden aantrekken). Een van de sterkste diamagnetische materialen is grafiet.

Om magnetisch te zweven, de totale magnetische kracht van een object moet niet alleen afstotend zijn, maar de afstoting moet ook sterker zijn dan de zwaartekracht. De hoogte waarop een diamagnetisch materiaal zweeft, kan worden geregeld door twee factoren:het aangelegde magnetische veld en de eigen diamagnetische eigenschappen van het materiaal. De levitatiepositie van diamagnetische materialen is eerder gecontroleerd door het toegepaste magnetische veld te veranderen, maar tot nu toe heeft niemand met succes de maglev-beweging op de tweede manier gecontroleerd, door de diamagnetische eigenschappen van het materiaal te veranderen met een externe stimulus zoals temperatuur, licht, of geluid.

Hier, de onderzoekers deden precies dat door een laser te gebruiken om de temperatuur van een grafietschijf die boven een blok permanente magneten zweeft omkeerbaar te regelen. Ze toonden aan dat, als de temperatuur van het grafiet stijgt, de levitatiehoogte neemt af, en vice versa. De onderzoekers leggen uit dat de verandering in temperatuur een verandering in de magnetische gevoeligheid van het grafiet veroorzaakt, of de mate waarin de magnetisatie reageert op een aangelegd magnetisch veld. Op atomair niveau de laser verhoogt het aantal thermisch geëxciteerde elektronen in het grafiet vanwege het fotothermische effect. Hoe meer van deze elektronen, hoe zwakker de diamagnetische eigenschappen van het grafiet en hoe lager de levitatiehoogte.

Naast het regelen van de hoogte van maglev-grafiet, de onderzoekers ontdekten dat ze het grafiet ook in elke richting konden laten bewegen en roteren door de plaats van bestraling te veranderen. Terwijl de laser precies in het midden van de grafietschijf was gericht bij het regelen van de hoogte, door het op de rand van de schijf te richten, verandert de temperatuurverdeling, en dus magnetische gevoeligheidsverdeling, zodanig dat de afstotende kracht uit balans raakt en het grafiet in dezelfde richting beweegt als de lichtstraal.

Om de zwevende grafietschijf te roteren, de onderzoekers vervingen de rechthoekige prismavormige magneten onder de schijf door een stapel cilindrische magneten, en richtte de laser opnieuw op de rand van de schijf. De vervormde temperatuurverdeling zorgt ervoor dat de zwevende grafietschijf gaat roteren, met de richting en rotatiesnelheid afhankelijk van de bestralingsplaats. Rotatie treedt ook op wanneer de opstelling wordt blootgesteld aan zonlicht. Door zonne-energie om te zetten in rotatie-energie, de schijf kan een rotatiesnelheid van meer dan 200 rpm bereiken, wat het nuttig zou kunnen maken voor toepassingen zoals optisch aangedreven turbines.

De onderzoekers voorspellen dat het vermogen om op maglev gebaseerde bewegingen met een laser te regelen, zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van op maglev gebaseerde actuatoren en fotothermische zonne-energieconversiesystemen. Toepassingen kunnen een goedkope, milieuvriendelijk energieopwekkingssysteem en een nieuw type lichtgestuurd transportsysteem.

"Op dit moment, we zijn van plan een maglev-turbineblad te ontwikkelen dat geschikt is voor dit systeem, ' zei Abe. 'In dit geval, er wordt voorspeld dat wrijving de rotatie van de maglev-turbine verstoort. Daarom, wij willen een lichtenergieconversiesysteem ontwikkelen met een hoog energieconversierendement met verwijzing naar de zogenaamde MEMS (Microelectromechanical Systems) techniek.

"Wat de aandrijving betreft, het maglev-grafiet kan alles vervoeren dat bijna hetzelfde gewicht heeft als de zwevende grafietschijf. Dus, als de schaalvergroting van het foto-actuatorsysteem wordt bereikt, het is geen droom dat een mens op de maglev-grafiet zichzelf kan besturen."

Copyright 2012 Phys.org
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van Phys.org.