Stel je voor dat je herhaaldelijk 165 keer je gewicht optilt zonder te zweten - een prestatie die normaal gesproken voorbehouden is aan helden als Spider-Man.

Ingenieurs van Rutgers University-New Brunswick hebben een eenvoudig, economische manier om een ​​apparaat van nanoformaat te maken dat kan tippen aan de vriendelijke buurt Avenger, op veel kleinere schaal. Hun creatie weegt 1,6 milligram (ongeveer evenveel als vijf maanzaad) en kan honderden keren achter elkaar 265 milligram (het gewicht van ongeveer 825 maanzaad) optillen.

De kracht komt van een proces van het inbrengen en verwijderen van ionen tussen zeer dunne vellen molybdeendisulfide (MoS2), een anorganische kristallijne minerale verbinding. Het is een nieuw type actuator - apparaten die werken als spieren en elektrische energie omzetten in mechanische energie.

De ontdekking van Rutgers - elegant een "inverted-series-connected (ISC) biomorph-actuator-apparaat" genoemd - wordt beschreven in een studie die vandaag online in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur .

"We ontdekten dat door een kleine hoeveelheid spanning toe te passen, het apparaat kan iets optillen dat veel zwaarder is dan zichzelf, " zei Manish Chhohalla, hoogleraar en associate voorzitter van de afdeling Materials Science and Engineering in de School of Engineering. "Dit is een belangrijke bevinding op het gebied van elektrochemische actuatoren. Het eenvoudig opnieuw stapelen van atomair dunne platen van metallisch MoS2 leidt tot actuatoren die bestand zijn tegen spanningen en spanningen die vergelijkbaar zijn met of groter zijn dan andere actuatormaterialen."

Actuatoren worden gebruikt in een breed scala aan elektromechanische systemen en in robotica. Ze hebben toepassingen zoals stuurbare katheters, vliegtuigvleugels die zich aanpassen aan veranderende omstandigheden en windturbines die de luchtweerstand verminderen, de studienotities.

De ontdekking aan de Rutgers University-New Brunswick werd gedaan door Muharrem Acerce, hoofdauteur van de studie en een doctoraatsstudent in de groep van Chhowalla, met hulp van E. Koray Akdo?an, universitair docent bij de afdeling Materials Science and Engineering, zei Chhohalla, senior auteur van de studie.

Molybdeendisulfide - een van nature voorkomend mineraal - wordt vaak gebruikt als smeermiddel in vaste toestand in motoren, volgens Chhohalla, die ook het Rutgers Institute for Advanced Materials leidt, Apparaten en nanotechnologie. Het is een gelaagd materiaal zoals grafiet, met sterke chemische binding binnen dunne lagen maar zwakke binding tussen de lagen. Dus, individuele lagen MoS2 kunnen eenvoudig worden gescheiden in afzonderlijke dunne vellen via chemie.

De extreem dunne platen, ook wel nanosheets genoemd, blijven gesuspendeerd in oplosmiddelen zoals water. De nanosheets kunnen tot stapels worden samengevoegd door de oplossing op een flexibel materiaal te plaatsen en het oplosmiddel te laten verdampen. De opnieuw gestapelde vellen kunnen vervolgens worden gebruikt als elektroden - vergelijkbaar met die in batterijen - met een hoge elektrische geleidbaarheid om ionen in te brengen en te verwijderen. Het inbrengen en verwijderen van ionen leidt tot de uitzetting en samentrekking van nanosheets, resulterend in kracht op het oppervlak. Deze kracht activeert de beweging - of activering - van het flexibele materiaal.

Chhowalla en zijn groepsleden ontdekten dat hun op MoS2 gebaseerde elektrochemische apparaat mechanische eigenschappen heeft zoals stress, spanning en werkcapaciteit die buitengewoon zijn, aangezien de elektroden worden gemaakt door eenvoudig zwak op elkaar inwerkende nanobladen te stapelen.

"De volgende stap is opschalen en proberen om actuatoren te maken die grotere dingen kunnen verplaatsen, ' zei Chhohalla.