Международная группа, в состав которой вошли исследователи из Германии, Нидерландов и России, разработала принципиально новый тип микродвигателя, который работает за счет реакции окисления, горения, водорода. В работе, опубликованной в издании Scientific Reports, исследователи объясняют принципы действия нового микродвигателя внутреннего сгорания и обрисовывают перспективы применения их разработки, которая может быть использована при создании будущих микромашин и сложных механическо-электрических микросистем.

В последнее время наблюдается все увеличивающаяся тенденция миниатюризации устройств различного рода, от электроники до крошечных микро- и наносистем. Многие из таких микромеханизмов для своей работы требуют наличия маленького, но достаточно мощного двигателя. К сожалению, область создания подобных двигателей не поспевает за быстрым развитием других областей, а существующие двигатели, работающие за счет использования статического электрического заряда не в состоянии обеспечить требующийся уровень мощности.

Выходом из сложившейся ситуации может стать использование традиционных двигателей внутреннего сгорания, но, к сожалению, в этом деле тоже не все совсем просто, чем меньше габариты такого двигателя, тем ниже его эффективность, поэтому для создания микродвигателей внутреннего сгорания требуется использовать совсем иные принципы, нежели принципы работы двигателей, которые находятся под капотом каждого автомобиля.

Конструкция нового микродвигателя чрезвычайно проста. Представьте себе крошечную камеру, одной из сторон которой является гибкая мембрана. Полость камеры заполнена соленой водой, сквозь которую проходят миниатюрные электрические проводники, электроды. После того, как на эти электроды подается соответствующий электрический потенциал, начинает идти процесс электролиза, расщепляющий воду на водород и кислород. Когда давление в камере достигает около 3.5 атмосфер, гибкая мембрана, выполняющая функцию поршня двигателя, выгибается наружу на расстояние 1.4 микрона. Затем электрический потенциал снимается, давление в камере падает и мембрана возвращается в исходное состояние.

Самым интересным является то, что возврат мембраны к исходному состоянию происходит гораздо быстрее, чем это должно быть согласно произведенным предварительным расчетам. Ученые считают, что это происходит из-за того, что атомарный водород самовоспламеняется в кислородной среде, сгорает и снова превращается в воду. К сожалению, в настоящее время у ученых не имеется возможности проверить то, что происходит внутри камеры двигателя и им приходится довольствоваться только предположениями.

Новый микродвигатель имеет габаритные размеры 100 на 100 и на 5 микрон. Его конструкция состоит из кремниевой подложки, в которую заключена гибкая мембрана, на поверхности которой изготовлены электроды из обогащенного азотом кремния и платины. Несмотря на столь малые размеры, новый микродвигатель имеет достаточно высокую мощность, которой вполне хватит для производства работы по перекачке жидкости или для приведение в действие двигательного механизма практически любого микроустройства.