211service.com
De krachtige belofte van een raadselachtige nieuwe microscopische verbrandingsmotor
Motoren hebben een cruciale rol gespeeld in de industrialisatie van de wereld. Het is moeilijk om een innovatie te bedenken die meer impact heeft gehad.
De trend van vandaag is in de richting van kleinere, efficiëntere motoren. Er zijn straalmotoren ter grootte van koffiekopjes die autonome vliegtuigen aandrijven en krachtige elektromotoren die kinderhelikopters nuttiger maken dan alles wat slechts 10 jaar geleden mogelijk was.
Maar er zijn goede redenen om aan te nemen dat verbrandingsmotoren niet snel veel kleiner zullen worden. Verbrandingsmotoren worden enorm inefficiënt omdat ze kleiner worden omdat warmte sneller weglekt. Dat is het onvermijdelijke gevolg van de manier waarop volume en oppervlakte ten opzichte van elkaar veranderen naarmate dingen kleiner worden. (Hetzelfde effect is de reden waarom muizen het moeilijk hebben om warm te blijven, terwijl olifanten het moeilijk hebben om af te koelen.)
Dus de meeste microactuators vertrouwen op andere effecten om kracht te produceren. Er zijn twee hoofdcategorieën: thermische krachten, die meestal langzaam zijn, en elektrostatische krachten, die meestal zwak zijn. Wat nodig is, is iets dat sterker en sneller is.
Vandaag zegt Vitaly Svetovoy van de Universiteit Twente een geheel nieuw mechanisme te hebben ontdekt om op microschaal krachten te produceren die zowel krachtig als snel zijn. En hoewel ze dit mechanisme nog niet volledig begrijpen, denken ze dat het gebaseerd is op de dissociatie van water in waterstof en zuurstofgas en de recombinatie ervan terug in water.
Deze jongens hebben zelfs een micro-engine gebouwd die het fenomeen demonstreert. Deze actuator is de eerste stap naar echt microscopisch kleine verbrandingsmotoren, zeggen ze.
De nieuwe microverbrandingsmotor is in principe eenvoudig. Het bestaat uit een kleine kamer gevuld met water en met daarin een paar elektroden die aan een circuit zijn bevestigd. Door een stroom door het circuit te laten lopen, dissociëert het water in zuurstof en waterstof, die vervolgens nanobellen vormen.
Hoewel deze bellen te klein zijn om te zien, verhoogt het gasvolume de druk in de kamer dramatisch, waardoor een membraan aan één uiteinde vervormt. Dit is wat kracht genereert.
Wanneer de stroom stopt, daalt de druk snel. Zo snel zelfs dat de onderzoekers niet helemaal zeker weten waarom. Het is zeker te snel voor conventionele processen, zoals het gas dat uit de kamer diffundeert of weer oplost in de vloeistof.
Maar Svetovoy en denken dat ze weten wat er aan de hand is. Hun idee is dat wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, de waterstof en zuurstof in de nanobellen spontaan ontbranden en zich weer vormen in water. Het is deze verbranding en de verwijdering van het gas die ervoor zorgt dat de druk zo snel daalt.
Wat het mechanisme ook is, ze passen een wisselspanning/stroom toe op 50 KHz om hun motor te creëren. Dit produceert een constante bron van bellen voor verbranding en veroorzaakt een heen en weer trilling van het membraan, dat kan worden gebruikt om werk te doen. Voila! Een microscopisch kleine verbrandingsmotor.
Dat is een spannende ontwikkeling die talloze mogelijkheden belooft. Svetovoy en co beschrijven geen mogelijke toepassingen voor hun nieuwe microverbrandingsmotoren, dus dat laat ik aan de lezers van MIT Technology Review . Ideeën, alsjeblieft, in de comments hieronder.
Referentie: http://arxiv.org/abs/1402.7101 : Nieuw type micromotor met interne verbranding van waterstof en zuurstof