Микродвигатель внутреннего сгорания

Интернацональная группа, в составе которой находятся ученые из Голландии, Германии и России, произвела принципиально новый микродвигатель, функционирование которого происходит при помощи реакций горения, окисления и водорода. Издание Scientific Reports опубликовало работу, в которой научные сотрудники разъясняют принципы действия нового микродвигателя внутреннего сгорания и детально показывают перспективы применения инновации, которую можно будет использовать при создании сложных электрическо - механических микросистем и микромашин.

В последнее время тенденция миниатюризации разнородных устройств увеличивается - от электроники до нано и микро - систем. Многим из данных микромеханизмов для произведения работы необходимо наличие маленького, но мощного двигателя. Как ни прискорбно, область создания таких двигателей не успевает за стремительным развитием иных областей, а нынешние двигатели, функционирующие за счет применения статического электрического заряда не могут обеспечивать нужные показатели мощности.

Использование типичных двигателей внутреннего сгорания может быть выходом из сложившегося положения, однако, однозначно и уверенно об этом заявить нельзя, поскольку всё зависит от габаритов двигателя: чем они меньше, тем ниже производительность, потому для создания двигателей внутреннего сгорания необходимы новые решения.

Конструкция микродвигателя достаточно проста. Представьте маленькую камеру, у которой гибкая мембрана является одной из сторон. Полость камеры наполнена соленой водой, через которую проходят небольшие электроды - проводники. Впоследствии подачи на электроды требуемого электрического потенциала, начинается процесс электролиза, который состоит в расщеплении воды на кислород и водород. В случае достижения в камере нужного давления, равного 3.5 атмосфер, гибкая мембрана, которая выполняет главную функцию поршня двигателя, изгибается наружу на расстояние, равное 1,4 микрона. После этого электрический потенциал снимается, а давление в камере понижается, позволяя мембране возвратиться в исходное положение.

Наиболее интересным моментом является возврат мембраны к изначальному состоянию - это происходит намного быстрее данных, которые показывают предварительные расчёты. Исследователи полагают, что это происходит из-за самовоспламенения атомарного водорода в кислородной среде (он сгорает и вновь превращается в воду). На сегодняшний день, к сожалению, ученые не имеют возможности изучить процессы, происходящие внутри камеры двигателя - поэтому им приходится руководствоваться исключительно собственными предположениями.

Габаритные размеры нового микродвигателя - 100 х 100 и на 5 микрон. Конструкция двигателя состоит из кремниевой подложки, в которую заключается гибкая мембрана (на её поверхности произведены электроды из обогащенного азотом кремния, а также платины). Малые размеры двигателя не мешают его высокой мощности, абсолютно достаточной для приведения в действие двигательного механизма большинства микроустройств и совершения работы, направленной на перекачивание жидкости.