Mokslininkai pademonstravo, kad miniatiūrinius, mikronų dydžio, krumpliaračius su nesimetriškos formos krumpliais, plūduriuojančius ant skysčio paviršiaus, galima įsukti net iki 300 apsisukimų per minutę, apšvietus juos įprastinių LED šviestukų šviesa.
Šis judėjimas atsiranda dėl to, kad šviesa sukuria mažus temperatūrų skirtumus, dėl kurių pasikeičia skysčio paviršiaus įtempimas, ir į vieną krumpliaračio pusę ima veikti didesnė jėga. Įdomiausia, kad lyginant su vykdytais kitais panašiais šviesos energijos pavertimo mechanine energija būdais, šis yra net penkiomis eilėmis (šimtu tūkstančių kartų) efektyvesnis.
Kadangi pats veikimo mechanizmas nėra priklausomas nuo krumpliaračių dydžio, mokslininkai tikisi, kad tokia sistema galėtų būti tiek sumažinta iki nanodydžių, tiek ir padidinta iki makroskopinių .
Eksperimento schema. Credit: Maggi, et al. ©2015 Nature Communications
Miniatiūriniai krumpliaračiai buvo pagaminti naudojant lazerinę litografiją ir padengti amorfinės anglies sluoksniu, taip padidinant jų šviesos absorbciją. Lašas skysčio su mikroskopinio dydžio krumpliaračiais buvo užlašintas ant stiklo, apšviestas LED šviestuku ir stebimas pro mikroskopą.
Iki šiol tokį sukimosi reiškinį pavykdavo sukelti skystį apšvietus didelės galios lazerio spinduliu, tačiau šio eksperimento metu buvo naudojamas vos kelių mikrovatų galios LED šviestukas, taigi, sukimąsi pavyko pasiekti panaudojant maždaug 100,000 kartų mažesnę energiją.
Toks didelis šviesos energijos pavertimo mechanine efektyvumas buvo pasiektas todėl, kad tokia sistema veikia, naudodama visiškai kitokį šviesos konversijos mechanizmą. Anksčiau panašios sistemos buvo paremtos arba šviesos slėgiu, kurį sukurdavo fokusuotas lazerio spindulys, arba termoforeze – lėtu kietų dalelių skystyje judėjimu, kurį sukelia temperatūros gradientas skystyje. Norint pasiekti termoforezę, dalelės turi būti padengtos šilumą sugeriančia danga, kad esant stipriam apšvietimui, jos įšiltų ir imtų judėti išilgai temperatūros gradientui.
Krumpliaračiai taip pat sugeria šilumą, tačiau skirtingos krumplių briaunos įšyla nevienodai. Todėl ir skysčio prie jų temperatūra tampa nevienoda. Nors šis skirtumas labai nedidelis, vos tūkstantosios laipsnio dalys, tačiau atsiranda skysčio paviršiaus įtempimo gradientas, o tai reiškia, kad kapiliarinės jėgos kiekvieno krumplio pusėse tampa nevienodos. Atsiranda sukimo momentas, ir mikrokrumpliaračiai ima suktis.
https://www.youtube.com/watch?v=D5oCO-8iJ_U
Paprastai šviesos pavertimas naudinga energija vyksta keliais etapais – pirma fotovoltiniais elementais ji paverčiama elektra, o po to elektros variklis ją paverčia mechanine energija. Kiekvieno etapo metu prarandama nemažai energijos, o siūlomas būdas leistų tiesiogiai gauti mechaninę energiją.
Panašu, kad šį principą bus galima pritaikyti ir praktiškai, tiek miniatiūrinėms saulės energija varomoms transporto priemonėms, tiek ir nanomechanizmams.
Ypač įdomu būtų šį reiškinį panaudoti mikro ir nanomašinoms, kurios galėtų gabenti mažyčius krovinius miniatiūrinių prietaisų viduje, pavyzdžiui, atskiras ląsteles, apšvietus jas šviesa.
Apie šį reiškinį paskelbta naujame žurnalo Nature Communications numeryje.
Nuoroda: http://glass.phys.uniroma1.it/dileonardo/MediaPlayerYT.php?video=Thermogears