Ống nano bán dẫn hữu cơ được sử dụng để tạo thiết bị truyền động điện hóa hiệu suất cao

Bộ truyền động Discovery vượt trội so với công nghệ hiện có

Các nhà nghiên cứu của Đại học Houston đang báo cáo một bước đột phá trong lĩnh vực khoa học vật liệu và kỹ thuật với việc phát triển một thiết bị truyền động điện hóa sử dụng các ống nano bán dẫn hữu cơ chuyên dụng (OSNT).

Hiện đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, thiết bị truyền động sẽ trở thành một phần quan trọng của nghiên cứu đóng góp vào tương lai của khoa học robot, điện tử sinh học và y sinh.

Mohammad Reza Abidian, phó giáo sư kỹ thuật y sinh tại Đại học Kỹ thuật UH Cullen cho biết: “Các thiết bị điện hóa biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học có tiềm năng sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ rô bốt mềm và vi âm thanh đến vi ống kính lấy nét tự động và điện tử sinh học. Ông là tác giả tương ứng của bài báo “Ống nano bán dẫn hữu cơ cho các thiết bị điện hóa,” được xuất bản trên tạp chí Vật liệu chức năng nâng cao , trình bày chi tiết về khám phá này.

Chuyển động đáng kể (mà các nhà khoa học định nghĩa là truyền động và đo lường là biến dạng) và thời gian phản ứng nhanh là những mục tiêu khó nắm bắt, đặc biệt là đối với các thiết bị truyền động điện hóa hoạt động trong chất lỏng. Điều này là do lực cản của chất lỏng hạn chế chuyển động của thiết bị truyền động và hạn chế sự vận chuyển và tích tụ ion trong vật liệu và cấu trúc điện cực. Trong phòng thí nghiệm của Abidian, anh và nhóm của mình đã tinh chỉnh các phương pháp giải quyết hai lần vấp ngã đó.

“Thiết bị điện hóa ống nano bán dẫn hữu cơ của chúng tôi thể hiện hiệu suất truyền động cao với sự vận chuyển và tích tụ ion nhanh chóng và động lực có thể điều chỉnh được trong chất điện phân lỏng và gel-polymer. Thiết bị này thể hiện một hiệu suất tuyệt vời, bao gồm tiêu thụ điện năng / biến dạng thấp, biến dạng lớn, phản ứng nhanh và độ ổn định truyền động tuyệt vời, ”Abidian nói.

Ông giải thích, hiệu suất vượt trội này bắt nguồn từ diện tích bề mặt hiệu dụng khổng lồ của cấu trúc ống nano. Diện tích lớn hơn tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển và tích tụ ion, dẫn đến độ bền và điện trở cao.

Abidian cho biết: “Các giá trị tiêu thụ điện năng / biến dạng thấp cho thiết bị truyền động OSNT này, ngay cả khi nó hoạt động trong chất điện phân lỏng, đánh dấu một sự cải tiến sâu sắc so với các thiết bị truyền động điện hóa được báo cáo trước đây hoạt động trong chất lỏng và không khí”. “Chúng tôi đã đánh giá sự ổn định lâu dài. Thiết bị truyền động ống nano bán dẫn hữu cơ này thể hiện độ ổn định lâu dài vượt trội so với các thiết bị truyền động dựa trên polyme liên hợp được báo cáo trước đây hoạt động trong chất điện phân lỏng. ”

Tham gia cùng Abidian trong dự án có Mohammadjavad Eslamian, Fereshtehsadat Mirab, Vijay Krishna Raghunathan và Sheereen Majd, tất cả đều đến từ Khoa Kỹ thuật Y sinh tại Đại học Kỹ thuật UH Cullen.

Các chất bán dẫn hữu cơ được sử dụng, được gọi là polyme liên hợp, được phát hiện vào những năm 1970 bởi ba nhà khoa học – Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid và Hideki Shirakawa – người đã giành giải Nobel năm 2000 cho việc khám phá và phát triển polyme liên hợp.

Đối với một loại thiết bị truyền động mới để làm sáng hơn hiện trạng, sản phẩm cuối cùng phải chứng minh không chỉ có hiệu quả cao (trong trường hợp này là ở cả chất điện phân polyme lỏng và gel) mà còn phải có tuổi thọ cao.

“Để chứng minh các ứng dụng tiềm năng, chúng tôi đã thiết kế và phát triển một đầu dò thần kinh di động quy mô micromet dựa trên bộ vi phản ứng OSNT. Abidian nói.

Bước tiếp theo là thử nghiệm trên động vật, sẽ sớm được thực hiện tại Đại học Columbia . Dự kiến sẽ có kết quả sớm vào cuối năm 2021, với các cuộc kiểm tra dài hạn hơn sẽ được thực hiện.

Abidian cho biết: “Xem xét những thành tựu đã đạt được cho đến nay, chúng tôi dự đoán các thiết bị điện hóa dựa trên OSNT mới này sẽ giúp thúc đẩy thế hệ tiếp theo của robot mềm, cơ nhân tạo, điện tử sinh học và thiết bị y sinh.

Tham khảo: “Ống nano bán dẫn hữu cơ cho thiết bị điện hóa” của Mohammadjavad Eslamian, Fereshtehsadat Mirab, Vijay Krishna Raghunathan, Sheereen Majd và Mohammad Reza Abidian, 30 tháng 7 năm 2021, Vật liệu chức năng nâng cao .
DOI: 10.1002 / adfm.202105358

Theo Scitechdaily