(Phys.org) —Magnetisk svävning har visats för en mängd olika föremål, från tåg till grodor, men hittills har ingen utvecklat ett praktiskt maglevbaserat ställdon som omvandlar någon extern energikälla till rörelse. Nu i en ny studie, forskare har för första gången använt en laser för att styra rörelsen hos en magnetiskt svävande grafitskiva. Genom att ändra diskens temperatur, lasern kan ändra skivans levitationshöjd och flytta den i kontrollerad riktning, som har potential att skalas upp och användas som ett lättdrivet mänskligt transportsystem. Laserljus eller solljus kan också leda till att svävande skiva roterar med över 200 varv / min, vilket kan leda till en ny typ av ljusenergiomvandlingssystem.

Forskarna, Dr Masayuki Kobayashi och professor Jiro Abe vid Aoyama Gakuin University i Kanagawa, Japan (Abe är också på CREST, Japan Science and Technology Agency i Tokyo), har publicerat sin studie om optiskt att styra rörelsen av maglevgrafit i ett nyligen utgåva av Journal of the American Chemical Society .

"Den viktigaste punkten i detta arbete är prestationen för en rörelsestyrningsteknik i realtid som kan flytta ett magnetiskt svävande diamagnetiskt material utan kontakt för första gången i världen, "Berättade Abe Phys.org . "Eftersom denna teknik är mycket enkel och grundläggande, det förväntas tillämpas på olika dagliglivstekniker, såsom transportsystem och nöjen, liksom fotoaktuatorer och ljusenergiomvandlingssystem. "

Som forskarna förklarar, magnetisk levitation uppstår på grund av ett objekts diamagnetism, som stöter bort magnetfält. Även om alla material har viss diamagnetism, det är vanligtvis för svagt för att låta dem sväva magnetiskt. Magnetisk svävning sker bara när ett materials diamagnetiska egenskaper är starkare än dess ferromagnetiska och paramagnetiska egenskaper (som lockar magnetfält). Ett av de starkaste diamagnetiska materialen är grafit.

För att magnetiskt sväva, objektets totala magnetiska kraft får inte bara vara frånstötande, men avstötningen måste också vara starkare än tyngdkraften. Höjden på vilken ett diamagnetiskt material svävar kan styras av två faktorer:det applicerade magnetfältet och materialets egna diamagnetiska egenskaper. Levitationsläget för diamagnetiska material har tidigare kontrollerats genom att ändra det applicerade magnetfältet, men än så länge har ingen framgångsrikt kontrollerat maglev -rörelse på det andra sättet, genom att ändra materialets diamagnetiska egenskaper med en yttre stimulans som temperatur, ljus, eller ljud.

Här, forskarna gjorde just det genom att använda en laser för att reversibelt styra temperaturen på en grafitskiva som svävar över ett block av permanenta magneter. De visade att när grafitens temperatur ökar, dess svävningshöjd minskar, och vice versa. Forskarna förklarar att temperaturförändringen orsakar en förändring i grafitens magnetiska känslighet, eller i vilken grad dess magnetisering reagerar på ett applicerat magnetfält. På atomnivå, lasern ökar antalet termiskt exciterade elektroner i grafiten på grund av den fototermiska effekten. Ju fler av dessa elektroner, ju svagare grafitens diamagnetiska egenskaper och desto lägre dess levitationshöjd.

Förutom att styra höjden på maglevgrafit, forskarna fann att de också kunde få grafiten att röra sig i vilken riktning som helst och rotera den genom att ändra platsen för bestrålning. Medan lasern riktades mitt i grafitskivans mitt vid kontroll av dess höjd, siktar den mot kanten av disken ändrar temperaturfördelningen, och därmed magnetisk känslighetsfördelning, på ett sådant sätt att avstötningskraften blir obalanserad och grafiten rör sig i samma riktning som ljusstrålen.

För att rotera den svävande grafitskivan, forskarna ersatte de rektangulära prisma-formade magneterna under skivan med en bunt med cylindriska magneter, och riktade igen lasern mot skivans kant. Den förvrängda temperaturfördelningen får den svävande grafitskivan att rotera, med riktning och rotationshastighet beroende på bestrålningsplatsen. Rotation uppstår också när uppställningen utsätts för solljus. Genom att omvandla solenergi till rotationsenergi, skivan kan nå en rotationshastighet på mer än 200 rpm, vilket kan göra det användbart för applikationer som optiskt drivna turbiner.

Forskarna förutspår att möjligheten att styra maglevbaserade rörelser med en laser kan leda till utveckling av maglevbaserade ställdon och fototermiska solenergiomvandlingssystem. Ansökningar kan innehålla en låg kostnad, miljövänligt kraftgenereringssystem och en ny typ av lättdrivet transportsystem.

"I detta ögonblick, vi planerar att utveckla ett maglev -turbinblad lämpligt för detta system, "Abe sa." I det här fallet, det förutses att friktion stör maglevturbinens rotation. Därför, vi skulle vilja utveckla ett ljusenergiomvandlingssystem med hög energiomvandlingseffektivitet med hänvisning till den så kallade MEMS (Microelectromechanical Systems) tekniken.

"När det gäller ställdonet, maglev -grafiten kan förmedla allt som har nästan samma vikt som den svävande grafitskivan. Så, om skalutvidgningen av fotoaktuatorsystemet uppnås, det är inte en dröm att en människa på maglevgrafit kan driva själv. "

Copyright 2012 Phys.org
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från Phys.org.