Unter Verwendung von UV-Licht machten sie sich daran, eine bestimmte Art von 2,4-Dinitroanisol-Kristallen zu biegen – ausgewählt wegen ihres großen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die gewählte UV-Wellenlänge entspricht einem Absorptionspeak im Material, was zu einer Erwärmung führt.
Eine genaue Beobachtung ergab eine komplizierte Bewegung, wenn UV plötzlich ein- (oder ausgeschaltet) wurde, was sich als ein exponentieller Anstieg (oder Abfall) zu einer 1.2°-Krümmung über 100 ms herausstellte und darüber ein mechanisches Klingeln von ~±0.05° bei die 390 Hz mechanische Resonanzfrequenz des Kristalls.
„Wir haben zufällig schnelle und kleine natürliche Schwingungen entdeckt, die durch den photothermischen Effekt hervorgerufen werden“, sagte Waseda-Wissenschaftlerin Hideko Koshima. „Darüber hinaus haben wir eine hohe Geschwindigkeit und eine große Biegung erreicht, indem wir die natürliche Schwingung photothermisch in Resonanz gebracht haben.“
Das Team nutzte dann diese Entdeckung eines schnellen Zuckens, um mehr Bewegung zu erzeugen, indem es das UV mit der Resonanzfrequenz pulsierte – Bild links, 6 mm langer, 0.15 mm dicker Kristall mit erweiterter 390-Hz-Stimulation.
Eine detaillierte mathematische Modellierung ergab, dass dies ein rein thermischer Effekt ist und so breit auf andere Materialien anwendbar ist und dass er bei der Umwandlung optischer Energie in mechanische Energie effizient ist.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass jeder lichtabsorbierende Kristall durch natürliche Resonanzschwingungen eine schnelle, vielseitige Betätigung aufweisen kann“, sagte Koshima. „Dies kann Türen zu Anwendungen von photothermischen Kristallen öffnen und schließlich zu realen weichen Robotern mit Hochgeschwindigkeits-Aktuatorfähigkeit führen.“
Die Arbeit wird in „Photothermally duced natural vibration for vielseitige and high-speed actuation of crystals“, veröffentlicht in Nature Communications, beschrieben.
Das vollständige Papier kann kostenlos gelesen werden und ist einen Blick wert, um zu sehen, wie genau die Mathematik mit den Messungen übereinstimmt.
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