CZ307391B6

CZ307391B6 - Elektromechanický měnič

Info

Publication number: CZ307391B6
Application number: CZ2005-828A
Authority: CZ
Inventors: Václav Bouda
Original assignee: České Vysoké Učení Technické V Praze Fakulta Elektrotechnická
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2018-07-25
Also published as: CZ2005828A3; US7994685B2; JP5380076B2; US20090179520A1; EP2002535A2; JP2009522115A; EA013443B1; EA200801609A1; WO2007076732A2; WO2007076732A3; EP2002535B1

Abstract

Elektromechanický měnič sestává z alespoň jednoho polymerního vlákna o průměru 5 až 15 nm, okolo kterého jsou volně na závěsných vláknech o průměru 1 až 5 nm umístěny alespoň tři nanočástice o poloměru 5 až 20 nm. Polymerní vlákno je připojeno k alespoň jednomu elektricky vodivému disku pro transportování iontů přítomných v jeho okolí podél polymerního vlákna změnou potenciálu disku vůči potenciálu iontů, pro měnění interakce nanočástic odpudivá/přitažlivá a převodovým mechanizmem jejich naklánění pro vyvolání vzájemného posuvu mezi systémem závěsných vláken a polymerním vláknem a pro vyvolávání kontrakce nebo relaxace elektromechanického měniče. Krok kontrakce je vyvolán přitažlivou van der waalsovou silou mezi nanočásticemi H, které vlákna A1 a A2 obklopují a vyvolaným náklonem je posunou. Nanočástice H jsou volně zvětšeny na vláknech N a M. Krok relaxace je vyvolán odpudivými elektrostatickými silami mezi nanočásticemi H.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká elektromechanického měniče, tj. nanoaktuátoru - zařízení pro přeměnu elektrické energie na mechanickou práci, která se vykoná kombinací vzniklé síly a posunu.

Dosavadní stav techniky

Z technické praxe jsou známy elektromechanické měniče, což jsou zařízení pro přeměnu elektrické energie na mechanickou práci. Mechanická práce se vykoná určitou kombinací vzniklé síly a posunu. Typickým příkladem je aktuátor, používaný v mikroelektronice. Aktuátor je akční článek ovládacího obvodu mezi elektronickou a procesní částí. Vstup aktuátoru by měl být ovládán relativně nízkým elektrickým napětím nebo proudem jaké je obvyklé v mikroelektronice. To umožňuje splnit i požadavek omezení elektrických a magnetických polí, která mohou rušit okolí mikrosystému a dalších připojených částí. Malá napětí a proudy musí přesto vyvolávat co největší mechanické síly a posuny. Nejdůležitějším cílem v této oblasti je proto konstrukce malých ale výkonných aktuátorů ovládaných nízkým napětím a proudem.

Pouhé zmenšování principiálně stejných konstrukcí má omezené možnosti a je ve své podstatě chybné. Pouze využití nových principů, technologií a materiálů vede k zásadnímu řešení problému. Základní příklady těchto principů, využívaných v současné technické praxi a jejich funkčních parametrů poskytuje Tab. 1.

Tab. 1. Přibližné porovnání funkčních parametrů nejčastěji používaných aktuátorů v současné technické praxi.

Princip	Maxim, deformace (%)	Řídicí el. napětí (V)	Účinnost (%)	Min. čas reakce (s)	Max. mech, napětí (MPa)	Pozn.
Elektrostrikce	0,3	100	1	HŤ⁵	40	Křehké
Magnetostrikce	0,3	10	1	KŤ⁵	40	Křehké
Slitiny s tvarovou pamětí	10	10	1	1	700	Omezená životnost
Elektroaktivní polymery	10	1	1	10'¹	1	Flexibilní

Elektroaktivní polymery jsou jedním z nej perspektivnějších materiálů pro nové aktuátory, které jsou schopny odstraňovat hlavní nevýhody předcházejících typů, jako je jejich poměrně malá deformace, vysoké řídicí napětí, nízká účinnost, malá rychlost reakce nebo malé přestavné síly. Elektroaktivní polymery jsou polovodiče, jejichž vodivost může být reverzibilně měněna stupněm dopování příměsí ve formě objemných iontů. Koncentrace iontů příměsí může být měněna přiloženým elektrickým polem, ve kterém se ionty pohybují dovnitř nebo ven z objemu polymeru (elektro-chemická transformace energie). Změna koncentrace iontů vyvolává objemovou změnu polymeru, kterou lze technicky využít v aktuátorech. Příměsy mohou být do vodivých polymerů na rozdíl od křemíku do polymeru zaváděny a odváděny podstatně volněji a reverzibilně díky volnému objemu, který je k dispozici podél makromolekulámích řetězců. Na rozdíl od anorganických polovodičů je dále hladina nasycené koncentrace velmi vysoká.

- 1 CZ 307391 B6

Objemovou změnu přitom nevyvolává pouhé vložení dodatečného objemu iontů ale též změna interakce mezi makromolekulárními řetězci a změny konformací makromolekul. Vyvolané objemové změny současných aktuátorů pracujících na tomto principu mohou být až několik procent původního objemu. Ve srovnání s ostatními materiály užívaných pro aktuátory, jako je piezokeramika nebo magnetostrikční materiály, se jedná o deformace podstatně větší.

Při aplikacích elektroaktivních polymerů se zatím nedaří podstatně zvýšit velikost přestavných sil (maximálního indukovaného mechanického napětí) a podstatně zkrátit dobu reakce na úroveň elektrostrikčních nebo magnetostrikčních aktuátorů.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je optimalizované využití přitažlivých a odpudivých interakcí mezi nanočásticemi systému a mechanismus přenosu síly a deformace z tohoto systému nanočástic do vnějšího makroprostředí.

Funkce systému nanočástic je založena na cyklické změně interakcí mezi nanočásticemi. Využívá se skutečnosti, že mezi nanočásticemi se při malých vzájemných vzdálenostech mimo kinetické energie jejich tepelného pohybu začíná významně uplatňovat i potenciální energie van der Waalsovy přitažlivé vazby, kterou lze technicky využít.

Mechanismus přenosu síly ze systému nanočástic sestává z alespoň jednoho polymemího vlákna o průměru 5 až 15 nm, spojeného s vodivým diskem. Okolo polymerního vlákna jsou na závěsných vláknech o průměru 1 až 5 nm umístěny alespoň tři kulovité nanočástice o poloměru 5 až 20 nm, které jsou uchyceny na závěsných vláknech o průměru 1 až 5 nm, zakotvené ve svazku vláken o průměru 5 až 20 nm. Polymemí vlákno je připojeno k alespoň jednomu elektricky vodivému disku aje střídavě obklopováno vrstvou iontů např. s kladným nábojem, přičemž ionty jsou cyklicky přiváděny a odváděny z oblasti okrajových disků, např. působením elektrického pole.

Ve výhodném provedení je alespoň jedna ze součástí - polymemí vlákno, závěsná vlákna nebo kulovité pevné částice uložena v kapalném prostředí. Vrstva iontů je s výhodou tvořena vícemocnými ionty. Ve výhodném provedení jsou kulovité útvary uspořádány do hexagonální mřížky a polymemí vlákno je tvořeno elektroaktivním polymerem.

Objasnění výkresů

Vynález bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je systém třech kulovitých nanočástic o poloměru R ve vzájemné vzdálenosti d s vyznačeným průřezem sevřeného vlákna, jehož průměr může být podstatně větší, než vzdálenost mezi nanočásticemi. Na Obr. 2 je přechod motorické jednotky elektromechanického měniče ze stavu relaxace - nahoře, do stavu kontrakce - dole, je iniciován kladným akčním potenciálem disku Z, který vyvolá přesun kationů mezi nanočástice H, eliminaci jejich elektrostatického odpuzování, přitažení van der Waalsovými silami, náklon a posun vláken Al a A2 proti vláknům N a M - kontrakci. Na Obr. 3 je objemová hustota energie kinetické FK, potenciální van der Waalsovy FP a celkové F systému kulovitých částic jako funkce jejich poloměru R. Zaplnění prostoru Φ = 0,185, termodynamická teplota T = 310 K, Hamakerova konstanta Η = 5E - 21 J, minimální vzdálenost částic d_o=O,424 nm. Na Obr. 4 je interakční energie mezi kulovitými částicemi průměru D_H = 21 nm ve vodě (Η = 5E-21 J, e_R = 80, T = 310 K) podle rovnice (9) při kontrakci (η = 1E28 m-3, djj = 0.424 nm), relaxaci (η = 2E24 m-3, d_R = 21.6 nm) a mezistavy. Na Obr. 5 se v procesu kontrakce ionty pohybují ionty např. Ca2+ podél vlákna Al a stíní elektrostatické odpuzování nanočástic, Van der Waalsovy přitažlivé síly

-2 CZ 307391 B6 spolu s kinetickým efektem iontů posouvají nanočástice z polohy 1 do poloh 2 a 3 a postupně vyvolávají posun vlákna Al, projevující se v kontrakci elektromechanického měniče.

Příklady uskutečnění vynálezu

Celková kontrakce základní buňky aktuátoru je vyvolána sumací dílčích kontrakcí, ke které dochází rychlým střídavým naklápěním nanočástic při vysoké koncentraci iontů v okolí polymemích vodivých vláken a vracením do původní polohy při jejich nízké koncentraci. Celkové uvolnění (prodloužení) základní buňky aktuátoru je vyvoláno trvalejším snížením koncentrace iontů v okolí polymerních vodivých vláken. Základní buňky aktuátoru mohou být pospojovány do sérií a/nebo paralelně k dosažení žádoucích výsledných posunů a/nebo přestavných sil.

Dále je objasněn mechanismus dílčí kontrakce základní buňky.

V systému nanočástic se při malých vzdálenostech částic mimo kinetické energie jejich tepelného pohybu začíná významně uplatňovat i potenciální energie van der Waalsovy přitažlivé vazby. Při přiblížení dvou stejných kulovitých nanočástic o poloměru R (m) ze vzdálenosti jejich povrchů d —> oo na vzdálenost d « R poklesne potenciální energie jejich van der Waalsovy přitažlivé vazby z nulové hodnoty na zápornou hodnotu

12í7 (1), kde H (J) je Hammakerova konstanta, vyjadřující vlastnosti materiálu částic a prostředí, ve kterém jsou uloženy.

Celková vnitřní energie E, příslušná jedné částici je součtem střední kinetické energie tepelného pohybu částice (3/2)kT a poloviny potenciální energie van der Waalsovy přitažlivé vazby, přičemž na vazbu podle Obr. 1 připadají dvě částice.

(2), kde k je Boltzmanova konstanta l,38E-23 (J/K.) a T termodynamická teplota (K). Zobecněním vztahu (2) na složitější systém, kde na jednu částici připadá Z/2 vazeb (kde Z je koordinační číslo uspořádání částic v prostoru, 2 < Z < 12) se získá vztah

(3).

Např. pro trojici částic podle Obr. 1 je Z = 2.

Jako násobek střední hodnoty kinetické energie kT

E _E_K + E,, _ 3 ZHR k.T~ kT ~ 2 llkTd (3a).

Objemová hustota vnitřní energie systému částic ε (J/m³) při poklesu vzdálenosti částic na nejmenší možnou hodnotu d₀ je s použitím rovnice (3)

-3CZ 307391 B6 ε = ηΕ_λ = η(Ε_κ + Ε,,) =

Φ (ty_kT _ ZHR ’^24í/o _Λ 9 kT 1 ΖΗ φ---φ-8ττ 7?³ 32π R⁷d₀ (4), kde η je počet částic v jednotkovém objemu 1 m³ a Φ podíl objemu, vyplněný částicemi.

Závislost objemové hustoty energie ε na velikosti částic, tj. poloměru kulovitých částic R, vykazuje podle Obr. 3 výrazné minimum, vyplývající z první parciální derivace rovnice (4) podle poloměru R δε 9kT 3 PH 2 21kT PH — = -φ--- + φ--- = _φ--- + φ----_

SR 8;r 7? 16ttíZ₀ R³ 8π7?⁴ &id₀R³ = 0.

(5)

Podle rovnice (5) dochází k poklesu hustoty energie ε* na minimální hodnotu při optimálním poloměru kulovitých částic

R =54kT^EZH (6).

Z rovnice (6) vyplývá základní konstrukční směrnice pro určení optimální velikosti kulovitých útvarů - nanočástic systému ve vztahu k parametrům pracovní teplota T, minimální možné vzájemné přiblížení nanočástic do, jejich geometrické uspořádání dané koordinačním číslem Z a Hamakerova konstanta H pro materiál nanočástic a prostředí, v kterém jsou nanočástice uloženy.

Dosazením optimálního poloměru kulovitých nanočástic R* z rovnice (6) do rovnice (4) se získá vztah pro minimální možnou objemovou hustotu energie systému částic

z \ 3

Φ f ZH π6^Ίψτ)² ( >

(7).

Z rovnice (7) vyplývají další směrnice pro návrh výkonného elektromechanického měniče minimalizací objemové hustoty energie ε . Jedná se o minimalizaci teploty T, maximalizaci podílu objemu, vyplněného částicemi Φ a maximalizaci koordinačního čísla uspořádání nanočástic Z, maximalizaci Hamakerovy konstanty H a minimalizaci vzdálenosti částic při jejich maximálním přiblížení d₀.

Jako příklad výpočtu optimální velikosti funkčních nanočástic z minima závislosti objemové hustoty vnitřní energie ε (R) na velikosti poloměru R kulovitých útvarů podle rovnice (4) znázorněné na Obr. 3 nebo přímo podle rovnice (6) lze pro systém třech nanočástic podle Obr. 1 s koordinačním číslem Z=2 uvést

R* = 54£T= 54 x 1,38 x 10'²³ x 310x °’^424xl° = 9 80 x jo⁹m = 9,8/tm.

ZH 2x5xl0²¹

Minimální vnitřní energie příkladného systému nanočástic podle rovnice (7) je v tomto případě

-4CZ 307391 B6

Φ	( ZH^	0,185	( 2x5xl0'²¹ Ί
πβ’ (kT^	\ )	π x 6⁷ (k x 310)²	0.424x10’⁹)

Použitá Hamakerova konstanta H = 5.10'²¹ J je průměrnou hodnotou dat udávaných pro nasycené uhlovodíky s lineárním řetězci obsahujícími více než 15 atomů uhlíku, proteiny, technicky využívané polymerní materiály atd. uložené ve vodním prostředí.

Minimální vzdálenost d₀ mezi povrchy kulovitých útvarů pro vykonání maximální práce může být dána tloušťkou vrstvy prostředí, oddělující nanoěástice od vzájemného dotyku a případné chemické interakce, např. dvojnásobnou tloušťkou vrstvy iontů Ca²⁺ na povrchu kulovitých nanočástic, tj. d₀ = 0,424 nm. Přítomnost iontů Ca²⁺ na povrchu částic je nutná např. na vyvolání přitažlivé interakce van der Walsovými silami odstíněním elektrostatických odpudivých sil.

Systém třech částic může vytvářet nejtěsnější uspořádání částic v mřížce hcp (hexagonal closest packing) a tím maximalizovat koeficient zaplnění prostoru nanočásticemi (

Φ = 0,74

= 0,185 (8), kde číslo 0,74 vyjadřuje hustotu zaplnění prostoru kulovitými částicemi při jejich nejtěsnějším uspořádání a poměr D_H/D_C poměr průměrů kulovitých útvarů a jejich koordinačních sfér.

Dále je popsán mechanismus relaxace - uvolnění, základní buňky.

Pro zajištění cykličnosti funkce základního systému po proběhlé kontrakci působením přitažlivých van der Waalsových sil se musí základní systém uvolnit, tj. vrátit do výchozího stavu před kontrakcí, tj. ze záporných hodnot zvýšit potenciální energii E_P částice na hodnotu E_P 0. Toho lze dosáhnout dostatečně velkým vzájemným oddálením nanočástic, podle rovnice (1) na vzdálenost d —> co.

Oddálení nanočástic se podle předkládaného principu dosahuje elektrostatickým odpuzováním trvale elektricky nabitých povrchů nanočástic nábojem stejného znaménka. Trvalého nabíjení povrchu nanočástic se může dosahovat specifickou absorpcí z okolního kapalného prostředí, disociací povrchových chemických skupin nanočástic nebo jiným mechanismem.

Při novém zvýšení koncentrace iontů v prostředí mezi částicemi se elektrostatické odpuzování opět odstíní vznikem opačně nabité vrstvy iontů v těsné blízkosti nabitého povrchu nanočástic a van der Waalsovy přitažlivé síly vyvolají novou kontrakci.

Mechanismus cyklické změny interakce.

Cyklická změna interakce, a tím cyklické změny stavu dílčí kontrakce a uvolnění, mezi nanočásticemi se dosahuje cyklickou změnou koncentrace iontů v okolí vodivých polymemích vláken v místech interakcí nanočástic. Energie, potřebná k vykonání vnější práce systému, se dodává např. elektrickou energií na vznik elektrického pole, v němž se ionty uvádějí do pohybu žádoucím směrem buďto k vyvolání kontrakce nebo uvolnění. Transport iontů se odehrává podél vláken ve směru k disku nebo od disku (Obr. 2), který slouží jako zásobník iontů s potřebnou kapacitou.

Celý cyklus lze popsat rovnicí (3), rozšířenou o člen, zvyšující potenciální energii interakcí mezi nanočásticemi o elektrostatické odpuzování podle DLVO (Derjaguin - Landau - Verwey Overbeek) approximace interakční energie mezi dvěma kulovitými koloidy stejného poloměru R ve vzdálenosti d. Použitá aproximace platí pro tenké elektrické dvojvrstvy relativně ke vzájemné vzdálenosti částic:

Ε_λ = Ε_κ + E„ +E... =-kT- ZHR + (AkTnRnx' ^K ‘ ^LL 2 24tZ

Nebo jako násobky součinu kT —- =----- 64 π Rn/c ²yle ^K kT 2 24kTd kde je n ... objemová koncentrace iontů, m’³ k’¹... “tlouštka” elektrické dvojvrstvy protiiontů stínících odpudivé elektrostatické síly, m,

Yo ... parametr povrchového potenciálu. Pro 80 až 90 mV γ₀ = 0.7.

Tlouštka elektrické dvojvrstvy

Js_ns_KkT z¹ —₂--- (H), e n kde je ε₀ permitivita vakua, 8854x10'¹² Fin’

8r relativvní permitivita prostředí e elementární náboj, 1602xl0'^l9C z valence iontů v prostředí

Na Obr. 4 jsou jako příklad vyneseny grafy interakční energie podle rovnice (10) v závislosti na vzájemné vzdálenosti kulovitých nanočástic s poloměrem R = 10,5 nm. Relativní permitivita prostředí vody ε_κ ~ 80 a proměnná koncentrace dvojmocných iontů podle parametrů grafů.

Při nízké koncentraci kationtů 2E24 m³ jsou nanočástice odtlačeny do vzájemné vzdálenosti d_R = 21,6 nm a vlákna se mohou volně pohybovat ve volném prostoru mezi nanočásticemi.

Při transformaci z uvolněného stavu do kontrakce se koncentrace kationtů musí zvětšit až na hodnotu, zajišťující prakticky úplné odstínění elektrostatického odpuzování nanočástic, na Obr. 4 koncentrace dvojmocných iontů 1E28 m³. Této iontové koncentraci odpovídá na Obr. 4 graf interakční energie ve stavu kontrakce.

Změna interakce mezi částicemi se vyvolává ovlivňováním dílčích interakcí, které jsou tvořeny přitažlivými van der Waalsovymi, odpudivými, způsobenými tepelným pohybem částic, které jsou přítomné vždy při teplotách T > 0 Ka ostatními odpudivými, jako jsou elektrostatické, elektromagnetické, elektrodynamické a podobně.

-6CZ 307391 B6

Systém nanočástic se může skládat z částic různého tvaru, přičemž funkce základního systému je zde popsána na příkladu jednoduchého kulovitého tvaru částic. Systém nanočástic s odlišným tvarem částic pracuje na stejném principu, ale s možnými funkčními a/nebo technologickými obměnami.

Převodní systém.

Převodní systém převádí změnu uspořádání částic základního systému na požadované tvarové a/nebo objemové změny elektromechanického měniče. Opakováním změny interakce a uspořádání částic je převodní systém schopen kumulovat tvarové a/nebo objemové změny elektromechanického měniče.

Přirozená tendence systému nanočástic přecházet podle Obr. 4 na nižší hodnotu interakční energie vyvolává jejich přibližování a růst Van der Waalsovy přitažlivé síly podle vztahu

HR

(12), který platí pro kulovité částice o poloměru R ve vzdálenosti jejich povrchů d « R.

Přibližování kulovitých nanočástic se převádí do posuvu vlákna mezi částicemi ve směru kolmém na směr přibližování podle Obr. 5. Kulovité částice, zavěšené na závěsných vláknech v triádách kolem vodivého vlákna, se po zvýšení koncentrace kladných iontů kolem vodivého vlákna, o průměru např. 10 nm, vzájemně přitahují a přiblíží až na vzdálenost d, která je menší než průměr vlákna D_A, o průměru např. 21 nm, sevřeného mezi částicemi. Po počátečním vychýlení částic proudem iontů podél vodivého vlákna, nebo jiným mechanismem, vyvolává přitažlivá síla mezi částicemi axiální síly v obou druzích vláken a jejich vzájemný posun. Např. náklon částic o 45° vyvolá pro uvedený příklad rozměru vzájemný posun obou vláken o přibližně 15 nm.

Navrhované řešení, využívající působení triád nanočástic na vlákno umožňuje využít největších přitažlivých van der Waalsových sil v pásmu jejich největšího přiblížení, přičemž vlastní vlákno může mít mnohem větší průměr, než je vzdálenost při největším přiblížení nanočástic. Toto řešení dále umožňuje podle Obr. 2 využít řadu triád nanočástic, na obrázku je řez pouze dvěma řadami nanočástic, působících najedno vlákno, ve kterém se kumulují jednotlivé axialní posuvy a síly, indukované van der Waalsovým přitahováním triád nanočástic. Vlákno s větším příčným průřezem umožňuje přenášet síly indukované až desítkami triád nanočástic. Další růst výsledného axiálního posunu a síly je dosahováno cyklickým opakováním jednoduché kontrakce. Lze kumulovat desítky až stovky jednoduchých cyklů a dosahovat tak kontrakcí až na třetinu délky stavu základní buňky při jejím uvolnění.

Vodivé vlákno musí zajišťovat i funkci transportéru iontů do míst funkce triád nanočástic. Tuto funkci transportéru iontů zajišťuje např. makromolekulární řetězec (nebo jejich svazek) elektricky vodivého polymeru. Elektricky vodivá polymemí vlákna jsou uložena v kapalném prostředí, které umožňuje transport iontů podél povrchu vlákna ve vhodném elektrickém poli.

Průmyslová využitelnost

Elektromechanický měnič - nanoaktuátor podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění zejména v průmyslu a medicíně. Z průmyslového využití se jedná především o aplikace v mikroelektronice a postupně se rozvíjející nanoelektronice. Pro činnost nanoaktuátoru je sice třeba vytvářet dosti silné elektrické pole, ale při vzdálenosti elektrod v řádu několika mikrometrů postačuje relativně malé řídicí napětí, řádově 100 mV. Tím se vyhovuje požadavku omezení elektrických a magnetických polí, která mohou rušit okolí mikro nebo nanosystému a dalších

-7CZ 307391 B6 připojených částí. Malá napětí a proudy přesto vyvolávají díky postupné kumulaci posunu a/nebo indukované síly velké celkové mechanické síly i posuny. Tyto aktuátory mohou ovládat nejrůznější nanomechanické, mikromechanické i velké systémy nejenom v průmyslu ale také v medicíně pro chirurgii, transport léčiv nebo diagnostiku. Zvláštní uplatnění mohou nalézt v ortopedii jako aktivní implantáty, nahrazující funkci kosterních svalů. Velikostí, ovládacím napětím na úrovni akčních potenciálů nervové soustavy a používáním polymerních materiálů mohou být plně kompatibilní s biologickou tkání. Další využití je možno očekávat v konstrukcích lineárních motorů, dopravě, sportu a mnoha dalších oborech, kde mohou uplatnit své výhodné parametry ve srovnání s dosud používanými podle Tabulky 2.

Tab. 2. Porovnání funkčních parametrů současně používaných aktuátorů, biologických svalů a předkládaného nanoaktuátoru.

Princip	Maximální deformace (%)	Řídicí el. napětí (V)	Účinnost (%)	Min. čas reakce (s)	Max. mech, napětí (MPa)	Pozn.
Elektrostrikce	0,3	100	1	Ϊ0⁷¹	40	Křehké
Magnetostrikce	0,3	10	1	10'⁶	40	Křehké
Slitiny s tvarovou pamětí	10	10	1	1	700	Omezená životnost
Elektroaktivní polymery	10	1	1	10'¹	1	Flexibilní
Kosterní sval savců	300	0.1	20	10’³	100	Flexibilní
Nový princip	>300	0.1	>30	<10^-3	>100	Flexibilní

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektromechanický měnič, vyznačující se tím, že sestává z alespoň jednoho polymerního vlákna o průměru 5 až 15 nm okolo kterého jsou volně na závěsných vláknech o průměru 1 až 5 nm umístěny alespoň tři nanočástice o poloměru 5 až 20 nm, polymerní vlákno je připojeno k alespoň jednomu elektricky vodivému disku, pro transportování iontů přítomných v jeho okolí podél polymerního vlákna změnou potenciálu disku vůči potenciálu iontů, pro měnění interakce nanočástic odpudivá/přitažlivá a převodovým mechanizmem jejich naklánění pro vyvolání vzájemného posuvu mezi systémem závěsných vláken a polymerním vláknem a pro vyvolávání kontrakce nebo relaxace elektromechanického měniče.
2. Elektromechanický měnič podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň polymerní vlákno, závěsná vlákna a kulovité pevné částice jsou uloženy v kapalném prostředí.
3. Elektromechanický měnič podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vrstva iontů je tvořena vícemocnými ionty.

-8CZ 307391 B6
4. Elektromechanický měnič podle nároku 2, vyznačující se tím, že pro systém třech kulovitých nanočástic má kombinaci poloměru nanočástic R*, Hamakerovu konstantu jejich materiálu v daném prostředí H, nejzazší vzájemné přiblížení nanočástic na vzdálenost do a provozní termodynamickou teplotu T podle rovnice R*=27kTd₀/H, kde k je Boltzmannova konstanta.
5. Elektromechanický měnič podle nároku 1, vyznačující se tím, že při stavu oddálení nanočástic jsou jejich povrchy na potenciálu stejného znaménka.
6. Elektromechanický měnič podle nároku 1, vyznačující se tím, že systém nanočástic s nekulovitým tvarem nanočástic je upraven na dosažení minima závislosti objemové hustoty vnitřní energie systému funkčních nanočástic na jejich velikosti a tvaru.
7. Elektromechanický měnič podle nároku 1, vyznačující se tím, že nanočástice jsou uspořádány do hexagonální mřížky.
8. Elektromechanický měnič podle nároku 1, vyznačující se tím, že polymemí vlákno je tvořeno elektroaktivním polymerem.