Ферроэлектрические жидкости: новый взгляд на электростатические приводы

Исследователи из Института науки Токио представили революционную разработку в области электростатических приводов, используя ферроэлектрические жидкости. Эта технология позволяет преодолеть ограничения традиционных электростатических систем, которые требовали высоких напряжений или магнитов для создания движения.

Ключевым открытием стало использование поперечной электростатической силы (TEF), которая ранее считалась слишком слабой для практического применения. Ферроэлектрические жидкости, обладающие спонтанной поляризацией и высоким диэлектрическим числом, способны значительно усиливать эту силу, обеспечивая значительное движение жидкости при низких напряжениях.

В ходе экспериментов был создан прототип легкого, не содержащего магнитов мотора. Жидкость на основе смеси ферроэлектрических нематических жидких кристаллов DIO/DIO-CN поднималась на высоту более 80 мм при напряжении всего 28 В/мм. Этот результат на тысячи вольт ниже, чем у стандартных электростатических приводов.

Как работают электростатические приводы:

Традиционные электростатические приводы работают за счет максвелловских напряжений, возникающих между двумя электродами под действием электрического поля. Однако для получения ощутимого движения требуются очень высокие напряжения. TEF, действующая перпендикулярно полю, игнорировалась из-за своей слабости.

Революция ферроэлектрических нематических жидких кристаллов:

Открытие полярных нематических жидких кристаллов изменило правила игры. Эти материалы сочетают текучесть жидкости со спонтанной поляризацией, что позволяет им создавать сильное электрическое поле даже при низких напряжениях. Их диэлектрические числа могут в тысячи раз превышать показатели обычных диэлектриков.

Команда под руководством профессора Сузуси Нисимуры и исследователя Татсухиро Цукамото из Института науки Токио смогла использовать и усилить TEF в ферроэлектрических жидкостях, продемонстрировав новый тип электростатического мотора.

Результаты и перспективы:

Эксперименты показали, что при приложении постоянного напряжения к электродам, помещенным в ферроэлектрическую жидкость, происходит заметное поднятие столба жидкости. Это свидетельствует о силе TEF, позволяющей создавать движущиеся роторы из пластика.

Данная технология открывает путь к созданию энергоэффективных, компактных и экологически чистых приводов. Это особенно актуально в свете глобального перехода к возобновляемым источникам энергии и стремления к снижению зависимости от редкоземельных металлов.

Разработка ферроэлектрических моторов, работающих при низких напряжениях и не требующих магнитов, может внести значительный вклад в устойчивое развитие общества и укрепление технологической независимости.