论文部分内容阅读
美国研究人员发明了一种可以利用细菌和水蒸气驱动的小汽车,这可是百分百采用纯天然能源的发动机!
这辆小汽车底盘放置在四个由发动机驱动的轮子上。看起来似乎毫无特殊之处,但实际上它既不耗电,也不烧油,它利用蒸发能驱动!
蒸发是大自然的一种基本力量。每年都有相当于1 340亿个里约奥运会标准泳池容积的水从海洋蒸发!这一自然现象极为强劲但却从未被人类用于产生能量。为什么?因为水从液态到气态的转变在极为宽广的水面上进行,但具体到一点上释放的能量太低。试想利用从湖面缓慢蒸发的水蒸气来驱动风力发电机的叶片,这是几乎不可能完成的任务,这就是为什么没有人真正对这种能源感兴趣。
直到有一天,研究人员在观测芽孢杆菌属的孢子表面有许多皱褶时,想了解当外界温度、盐度、湿度等发生变化时,其受力情况。显微镜观察后发现,当细菌孢子吸收空气中的水分时,它们的体积可膨胀并变得十分坚硬。干燥时,它们会收缩并褶皱。
找到了问题的答案,故事理应到此结束。但研究人员对孢子产生了兴趣,他们对孢子膨胀、收缩、不知疲倦地再次膨胀的速度着迷。这种收缩、扩张的运动让人联想到了肌肉。于是他们想到制作一台能通过这些细菌获取蒸发能的发动机。但怎样才能将这些细菌微观尺度的往复运动转化到人类机械的宏观尺度上呢?专攻纳米技术的研究团队加入了进来。
值得一试的挑战!
粘贴了孢子的塑料胶带悬挂了重物,被固定在—个圆盘上。圆盘的一半沐浴在水蒸气里,另一半则与空气接触。处在干燥环境的孢子收缩并使胶带弯曲,而处在湿润环境中的孢子则扩张并使胶带平直。这些组合合力使圆盘转动,有点儿类似于你将小腿从前向后摆动即可使秋千运动一样。
实际应用:通过这些胶带,我们可以制造以蒸发能驱动的机械。如下图在水槽中放置一个装有调节板的容器。一根连接贴有孢子的胶带弹簧控制调节板的开合。当容器敞开时,内部空气较干燥:孢子收缩并牵拉胶带,致调节板关闭; 当调节板闭合时,水蒸气逐渐充满容器内部:孢子膨胀,胶带伸展,使调节板打开,湿润的空气于是被排出,由此开始新一轮循环。
永动机?这只是个开始
研究人员计划在一条塑料双面胶带的两侧粘贴数以千计的孢子。当空气较干燥时,孢子收缩,牵拉胶带并使其弯曲。相反,当空气较湿润时,胶带伸展至平直位置。只需将数十条粘有孢子的胶带平行放置就能创造出一种人工肌肉,每一根胶带都类似于一根肌肉纤维!终于,研究人员在数名工程师的帮助下,设计了一台只利用蒸发能开合调节板的小型机械。工程师将其连接至一台发电机并成功点亮了一只LED灯泡。由此证明完全可以利用蒸发能发电。
初战告捷后,研究团队又实现了另一壮举:将胶带水平方向的运动转化为旋转运动,如同汽车轮子和发电站涡轮那般,不难想象他们看到设计的机器旋转时的狂喜之情。随后只需用传动皮带将盘毂和轮子连起来即可,细菌驱动汽车由此诞生。
这辆微型汽车有一个极大的优点:它几乎可以永不停歇地前进,因为细菌孢子可以在休眠状态下生存数个世纪之久(当细菌遇到不适宜生存的环境时就会转化成孢子:其体表会被一层厚壁包裹,保护自己免受外界影响并进入休眠状态)!科学家用实例向世人证明了人类可以利用蒸发供能,未来科学家期待能在更大尺度上利用这种无形的力量。
这辆小汽车底盘放置在四个由发动机驱动的轮子上。看起来似乎毫无特殊之处,但实际上它既不耗电,也不烧油,它利用蒸发能驱动!
蒸发是大自然的一种基本力量。每年都有相当于1 340亿个里约奥运会标准泳池容积的水从海洋蒸发!这一自然现象极为强劲但却从未被人类用于产生能量。为什么?因为水从液态到气态的转变在极为宽广的水面上进行,但具体到一点上释放的能量太低。试想利用从湖面缓慢蒸发的水蒸气来驱动风力发电机的叶片,这是几乎不可能完成的任务,这就是为什么没有人真正对这种能源感兴趣。
直到有一天,研究人员在观测芽孢杆菌属的孢子表面有许多皱褶时,想了解当外界温度、盐度、湿度等发生变化时,其受力情况。显微镜观察后发现,当细菌孢子吸收空气中的水分时,它们的体积可膨胀并变得十分坚硬。干燥时,它们会收缩并褶皱。
找到了问题的答案,故事理应到此结束。但研究人员对孢子产生了兴趣,他们对孢子膨胀、收缩、不知疲倦地再次膨胀的速度着迷。这种收缩、扩张的运动让人联想到了肌肉。于是他们想到制作一台能通过这些细菌获取蒸发能的发动机。但怎样才能将这些细菌微观尺度的往复运动转化到人类机械的宏观尺度上呢?专攻纳米技术的研究团队加入了进来。
值得一试的挑战!
粘贴了孢子的塑料胶带悬挂了重物,被固定在—个圆盘上。圆盘的一半沐浴在水蒸气里,另一半则与空气接触。处在干燥环境的孢子收缩并使胶带弯曲,而处在湿润环境中的孢子则扩张并使胶带平直。这些组合合力使圆盘转动,有点儿类似于你将小腿从前向后摆动即可使秋千运动一样。
实际应用:通过这些胶带,我们可以制造以蒸发能驱动的机械。如下图在水槽中放置一个装有调节板的容器。一根连接贴有孢子的胶带弹簧控制调节板的开合。当容器敞开时,内部空气较干燥:孢子收缩并牵拉胶带,致调节板关闭; 当调节板闭合时,水蒸气逐渐充满容器内部:孢子膨胀,胶带伸展,使调节板打开,湿润的空气于是被排出,由此开始新一轮循环。
永动机?这只是个开始
研究人员计划在一条塑料双面胶带的两侧粘贴数以千计的孢子。当空气较干燥时,孢子收缩,牵拉胶带并使其弯曲。相反,当空气较湿润时,胶带伸展至平直位置。只需将数十条粘有孢子的胶带平行放置就能创造出一种人工肌肉,每一根胶带都类似于一根肌肉纤维!终于,研究人员在数名工程师的帮助下,设计了一台只利用蒸发能开合调节板的小型机械。工程师将其连接至一台发电机并成功点亮了一只LED灯泡。由此证明完全可以利用蒸发能发电。
初战告捷后,研究团队又实现了另一壮举:将胶带水平方向的运动转化为旋转运动,如同汽车轮子和发电站涡轮那般,不难想象他们看到设计的机器旋转时的狂喜之情。随后只需用传动皮带将盘毂和轮子连起来即可,细菌驱动汽车由此诞生。
这辆微型汽车有一个极大的优点:它几乎可以永不停歇地前进,因为细菌孢子可以在休眠状态下生存数个世纪之久(当细菌遇到不适宜生存的环境时就会转化成孢子:其体表会被一层厚壁包裹,保护自己免受外界影响并进入休眠状态)!科学家用实例向世人证明了人类可以利用蒸发供能,未来科学家期待能在更大尺度上利用这种无形的力量。