分類：科學新知
2006/10/23 09:36
奈米科技可強化人工肌肉
分類：工作心情
2006/04/10 12:15
碧威股份有限公司
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轉述：
美國德州大學與韓國釜山(Pusan)大學的研究人員利用奈米科技製造了兩種不同的人工肌肉(artificial muscle)，這些人工肌肉可以將化學能轉換成機械能，預期將來在機械人的研究上會有很大的應用。詳見近期的Science。
第 一種人工肌肉的主要元件是一個奈米碳管懸臂樑(carbon nanotube cantilever)，這種以燃料電池驅動的系統可將氫燃料中的化學能轉換成電能，未來可應用在移動物件、蓄電等方面。其懸臂樑是由一塊奈米碳管薄片所 構成，薄片上覆蓋了奈米級的鉑粉、碳粉以及名為Nafion的離子聚合物。此結構不但具有肌肉促動器的功能，同時浸在硫酸電解質中做為燃料電池的陰極。另 一塊電極則是覆蓋著鉑-碳-Nafion層的Nafion-117薄膜，用來隔離氫氣燃料與電解質。
當氧氣在奈米碳管電極上發生還原反應 時，會產生電洞注入(holes injection)現象，而透過量子力學與靜電力的綜合效應，電洞注入會造成奈米碳管薄片在體積上的變化，進而驅動奈米碳管薄片。3 cm長的碳管懸臂樑可在5秒內偏折約2 mm，而只要將電極短路，懸臂樑在約1秒內就能恢復到原始位置。
另一方面，該研發團隊將其連續短 路型燃料電池肌肉(continuously shorted fuel-cell muscle)與一根具有形憶特性(shape-memory)且表面鍍有鉑觸媒奈米顆粒的金屬線結合，這種人造肌肉可以將燃料的化學能轉換成熱能，進而 驅動肌肉。
這種具有形憶特性的金屬線由鎳鈦合金製成。將氧或空氣加入含氫的燃料中，便可加熱金屬線使其超過沃斯田鐵相 (austenitic phase)轉變溫度，造成金屬線收縮而使電極短路；停止燃料供應，金屬線又會冷卻至其麻田散鐵相(martensitic phase)轉變溫度以下，並回復原長度。這種金屬線一般可產生5%的體積收縮並提供150 MPa的應力，雖然收縮量只有人體肌肉的1/4，但產生的力量卻是人體肌肉的500倍，因此工作能力約是人體肌肉的100倍。
這種人工肌肉可以應用在機械人的研究上，協助機械人擺脫笨重的電池堆，它也可應用於義肢、自動感應器、動態點字顯示器(dynamic Braille displays)以及航空載具的智能外殼等。未來若是將原本的金屬觸媒以酵素取代，它甚至可能應用於人體內。
原始網站: http://www.nanotechweb.org/articles/news/5/3/18/1
引用：http://tw.myblog.yahoo.com/jw!QAepT6uREgP1u8otlg--/article?mid=65
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