La activación electrostática-neumática es un método de actuación para dar forma a membranas delgadas para dispositivos MEMS y MOEMS . [1] [2] Este método se beneficia de la operación a alta velocidad y bajo consumo de energía. [3] También puede causar una gran deflexión en las membranas delgadas. Los dispositivos MEMS electrostáticos-neumáticos generalmente consisten de dos membranas con una cavidad sellada en el medio. Un actuador de llamada de membrana se desvía hacia la cavidad por presión electrostática para comprimir el aire y aumentar la presión del aire. La presión elevada empuja la otra membrana y causa la forma de la cúpula. Con el accionamiento electrostático directo sobre la membrana, se logra una forma cóncava.
Este método se utiliza en los espejos deformables MEMS [4] [5] [6] [7] [8] para crear espejos convexos y cóncavos. [9] La actuación electrostática-neumática puede duplicar el desplazamiento máximo de una membrana delgada en comparación con solo la membrana accionada electrostáticamente. [10]
Además, la ventaja mecánica [11] es posible mediante el uso de accionamiento electrostático-neumático. Dado que la cavidad está llena de aire, la amplificación mecánica es menor que la maquinaria hidráulica con un fluidono compresible .
La teoría de la emisión o la teoría de la extramisión (variantes: extromisión, extromitismo) es la propuesta de que la percepción visual se logra mediante rayos oculares emitidos por los ojos . Esta teoría ha sido reemplazada por la teoría de la intromisión , que establece que la percepción visual proviene de algo representativo del objeto (más tarde establecido como rayos de luz reflejados en él) que entra en los ojos. La física moderna ha confirmado que la luz se transmite físicamente por los fotones de una fuente de luz, tales como el sol, a los objetos visibles, y terminando con el detector, tal como un ojo humano o una cámara.
Historia [ editar ]
En el siglo V aC , Empédocles postuló que todo se compone de cuatro elementos ; Fuego, aire, tierra y agua. Él creía que Afrodita hizo que el ojo humano fuera de los cuatro elementos y que ella encendió el fuego en el ojo que brillaba fuera del ojo, haciendo posible la visión. [1] Si esto fuera cierto, entonces uno podría ver durante la noche tan bien como durante el día, por lo que Empédocles postula una interacción entre los rayos de los ojos y los rayos de una fuente tal como el sol.
Alrededor del 300 aC, Euclides escribió Optica , en la que estudió las propiedades de la luz. Euclides postuló que la luz viajaba en línea recta, describía las leyes de la reflexión y las estudiaba matemáticamente. Cuestionó que la vista es el resultado de un rayo del ojo, porque preguntó cómo se ven las estrellas de inmediato, si uno cierra los ojos y luego los abre por la noche.
En el 55 aC, Lucrecio , un romano que continuó las ideas de los primeros atomistas griegos , escribió:
A pesar de ser similares a las teorías de partículas posteriores, las opiniones de Lucrecio no fueron generalmente aceptadas; La luz todavía era teorizada como emanando del ojo.
Ptolomeo (c. 2do siglo) escribió sobre la refracción de la luz y desarrolló una teoría de la visión de que los objetos son vistos por rayos de luz que emanan de los ojos.
Galen , también en el siglo II, también respaldó la teoría de la extramisión. Debido a su autoridad médica, su opinión tuvo una influencia considerable en Europa durante gran parte de los siguientes mil años. [3]
La evidencia de la teoría [ editar ]
Los adherentes de la teoría de la emisión citaron al menos dos líneas de evidencia para ello.
Algunos dicen que la costumbre de saludar proviene del hábito de que los soldados griegos ponen sus manos frente a sus ojos para "protegerlos" de la poderosa "luz" que brilla en los ojos de sus comandantes [ cita requerida ] . La luz de los ojos de algunos animales (como los gatos, que la ciencia moderna ha determinado que tienen ojos altamente reflectantes ) también se puede ver en la "oscuridad". Los partidarios de la teoría de la intromisión respondieron diciendo que si la teoría de la emisión fuera cierta, entonces alguien con ojos débiles debería mejorar su visión cuando alguien con buenos ojos mira los mismos objetos. [4]
La mayoría argumenta que la versión de la teoría de la emisión de Euclides fue puramente metafórica, destacando solo las relaciones geométricas entre los ojos y los objetos. La geometría de la óptica clásica es equivalente, sin importar en qué dirección se considera que se mueva la luz, ya que la luz se modela por su trayectoria, no como un objeto en movimiento.
La medición de la velocidad de la luz fue una línea de evidencia que definió el final de la teoría de la emisión como algo más que una metáfora.
Refutación [ editar ]
Alhazen fue la primera persona en explicar que la visión ocurre cuando la luz rebota en un objeto y luego se dirige a los ojos. [5]
Isaac Newton , John Locke y otros, en el siglo XVIII, sostuvieron firmemente, en contraste, que la visión no solo era intromisionista o intromitista, sino que los rayos que procedían de objetos vistos estaban compuestos de materia real, o corpúsculos, que entraron en la mente del vidente. por el ojo. [6]
La persistencia de la teoría [ editar ]
Winer et al. (2002) han encontrado evidencia de que hasta un 50% de los adultos creen en la teoría de las emisiones.
energía rodeada, se refiere a una medida de concentración de energía en una imagen óptica , o láser proyectado en un rango determinado. Si una lente se enfoca más nítidamente con una lente queproporciona la imagen más pequeña posible con esa lente dada (llamada función de dispersión puntual o PSF), el cálculo de la energía rodeada de la imagen resultante proporciona la distribución de energía en esa PSF.
La energía rodeada se calcula determinando primero la energía total de la PSF en todo el plano de la imagen, y luego determinando el centroide de la PSF. Luego se crean círculos de radio creciente en ese centroide y la energía PSF dentro de cada círculo se calcula y se divide por la energía total. A medida que el círculo aumenta en radio, se encierra más energía PSF, hasta que el círculo es lo suficientemente grande como para contener completamente toda la energía PSF. La curva de energía rodeada, por lo tanto, varía de cero a uno.
Un criterio típico para la energía rodeada (EE) es el radio de la PSF en el que se rodea el 50% o el 80% de la energía. Esta es una dimensión lineal , típicamente en micrómetros . Cuando se divide por la lente o la distancia focal del espejo, esto da el tamaño angular de la PSF, generalmente expresada en arco-segundos cuando se especifica el rendimiento del sistema óptico astronómico .
La energía rodeada también se utiliza para cuantificar la propagación de un rayo láser a una distancia determinada. Todos los rayos láser se propagan debido a la apertura necesariamente limitada del sistema óptico que proyecta el haz. Al igual que en las PSF de imágenes de estrellas, la propagación lineal del haz expresada como energía rodeada se divide por la distancia de proyección para dar la propagación angular.
Una alternativa a la energía rodeada es la energía combinada, que se utiliza normalmente al cuantificar la nitidez de la imagen para cámaras de imágenes digitales que utilizan píxeles .
El electrocromismo es el fenómeno en el que el color de un material cambia al aplicar un voltaje. Al hacerlo, una ventana electrocrómica puede bloquear la luz UV, visible o (casi) infrarroja con solo presionar un botón. La capacidad de controlar la transmisión de la luz infrarroja (cercana) limita la cantidad de energía necesaria para enfriar durante el verano y el calor durante el invierno. Por esta razón, se ha investigado su uso en ventanas inteligentes para aumentar la eficiencia energética de los edificios.
Principio [ editar ]
Como el cambio de color es persistente y la energía solo se debe aplicar para afectar un cambio, los materiales electrocrómicos se usan para controlar la cantidad de luz y calor que se deja pasar por las ventanas ("ventanas inteligentes"). Una aplicación popular es en la industria del automóvil donde se utiliza para teñir automáticamente los espejos retrovisores en diversas condiciones de iluminación .
Materiales electrocrómicos [ editar ]
Entre los óxidos metálicos, el óxido de tungsteno (WO 3 ), ha sido el material más ampliamente estudiado.
Para materiales orgánicos , los viologens han sido comercializados a pequeña escala. Una variedad de polímeros conductores también son de interés, incluyendo polipirrol , PEDOT y polianilina . Viologen se utiliza junto con dióxido de titanio (TiO 2 ) en la creación de pequeñas pantallas digitales. Se espera que estas pantallas reemplacen las pantallas de cristal líquido, ya que el viologen, que suele ser azul oscuro, tiene un alto contraste en comparación con el blanco brillante de la titania, lo que proporciona una gran visibilidad de la pantalla. Rdot (rdotdisplays.com) ofrece pantallas flexibles basadas en materiales similares.
Síntesis de materiales electrocrómicos [ editar ]
Óxido de tungsteno Síntesis [ editar ]
Se han utilizado muchos métodos para sintetizar óxido de tungsteno, como la deposición química de vapor(CVD), la pulverización catódica , la evaporación térmica , la pirólisis por pulverización del método basado en fase de vapor y el proceso sol-gel , el método hidrotérmico basado en fase líquida. [2] En la industria, la pulverización catódica es el método más común para la deposición de óxido de tungsteno. Para la síntesis de materiales, el proceso de sol-gel se usa ampliamente debido a sus ventajas de proceso simple, bajo costo y fácil control. [3]
Proceso sol-gel:
WCl 6 se disuelve en alcohol y luego se oxida purgando O 2 en su solución.
La formación de H 2 se realiza por la reacción de alcohol y cloro que se utiliza para la reducción de WO 3 para obtener una solución de azul de HWO 3 :
Las nanopartículas de WO 3 también se obtienen por precipitación bajo condiciones ácidas de soluciones acuosas de tungstato de amonio para pentahidrato ((NH 4 ) 10 W 12 O 41 .5H 2 O) y ácido nítrico (HNO 3 ). [4]
Principio de funcionamiento de una ventana inteligente [ editar ]
Se necesitan siete capas para una ventana inteligente funcional con características electrocrómicas. El primero y el último son vidrios transparentes hechos de sílice (SiO 2 ), los dos electrodos son necesarios para aplicar el voltaje, que a su vez empujará (o extraerá) los iones Li + de la capa de almacenamiento de iones, a través del electrolito hacia el electrocromo. material (o viceversa). La aplicación de un alto voltaje (4 V o más) empujará los iones de litio a la capa electrocrómica, desactivando el material electrocrómico. La ventana es totalmente transparente ahora. Al aplicar un voltaje más bajo (2,5 V, por ejemplo), la concentración de iones Li en la capa electrocrómica disminuye, activando así el óxido de tungsteno activo (N) IR (WO 3).). Esta activación provoca la reflexión de la luz infrarroja, reduciendo así el efecto invernadero, que a su vez reduce la cantidad de energía necesaria para el aire acondicionado. Dependiendo del material electrocrómico utilizado, se pueden bloquear diferentes partes del espectro, de esta manera los rayos UV, VIS e IR pueden reflejarse independientemente a voluntad del cliente.
Aplicaciones [ editar ]
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Se han desarrollado varios dispositivos electrocrómicos . Se utiliza en la producción de ventanas electrocromáticas o de vidrio inteligente y, más recientemente, en pantallas electrocromáticas sobre sustrato de papel como sistemas antifalsificación integrados en el embalaje. Los materiales de NiO se han estudiado ampliamente como contraelectrodos para dispositivos electrocrómicos complementarios, en particular, ventanas inteligentes.
Los trenes de alta velocidad ICE 3 usan paneles de vidrio electrocrómico entre el compartimiento de pasajeros y la cabina del conductor. El modo estándar es claro y el conductor puede cambiarlo a helado / translúcido, principalmente para ocultar "vistas no deseadas" de la vista de los pasajeros, por ejemplo, en el caso de obstáculos (humanos). Las ventanas electrocrómicas se utilizan en el Boeing 787 Dreamliner .
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