研究人员开发出有史以来第一个固态光学纳米马达

2022年7月24日09:33:22研究人员开发出有史以来第一个固态光学纳米马达已关闭评论


    马达在我们的日常生活中无处不在--从汽车到洗衣机,即使我们很少注意到它们。一个未来的科学领域正在致力于开发微小的马达,它可以为纳米机械网络提供动力并取代我们目前在电子设备中使用的一些动力源。
    研究人员开发出有史以来第一个固态光学纳米马达
    来自德克萨斯大学奥斯汀分校Cockrell工程学院的研究人员创造了有史以来第一个固态光学纳米马达。以前所有这些光驱动马达的迭代都存在于某种溶液中,这限制了它们在大多数现实世界中的应用潜力。
    来自沃克大学机械工程系的Yuebing Zheng副教授解说道:“生命始于水中并最终迁移到陆地上。我们已经使这些一直生活在溶液中的微型纳米马达在陆地上以固体状态工作。”
    科学家们设想用这些马达来驱动各种各样的东西:由于旋转的运动可以收集灰尘和其他颗粒,它们可以用于空气质量测量;它们可以推动人体内的药物输送装置;它们还可以为用于监视和测量的小型无人机以及其他小型车辆提供动力。
    这种微小的新电机不到100纳米宽(作为参考,一张纸的厚度约为100,000纳米),它可以在光照下在固体基质上旋转。它可以将光转化为机械能,进而用于各种固态的微/纳米电子机械系统以作为无燃料和无齿轮的发动机。
    然而阻碍这些设备实施的最大障碍之一是布朗运动,可以说,通过将这些纳米发动机带到陆地上、离开水就可以避免这一问题。布朗运动发生在水分子将这些小电机推离其旋转时。马达越小,这种运动的影响就越大。将解决方案从方程中移除就能完全可以解决这个问题。
    纳米电机是一个庞大的、不断增长的微型动力源领域的一部分。它们作为较小的分子机器和较大的微型发动机之间的中间地带。
    该领域具有巨大的兴趣,但在这一点上,研究人员仍在试图找出基础科学以通过提高效率使这些微型发动机更加可行。
    科学家们如此着迷于创造这些微型马达的原因是它们模仿了一些最重要的生物结构。在自然界中,这些马达驱动着细胞的分裂并帮助它们移动。它们结合在一起以帮助生物体移动。
    Zheng小组的博士毕业生、这项研究的论文第一作者Jinggang Li表示:“纳米马达帮助我们精确控制纳米世界,并为我们的现实世界编造我们想要的新东西。”
    通过将这些马达从溶液中取出并放到芯片上,它们有可能在某些情况下取代电池并只用光来产生机械运动和供电设备。
    这一突破产生于一种新颖的设计:在基底上有一层薄薄的相变材料。当暴露在光线下时,该薄膜可以发生局部的、可逆的变化,从固态变为准液态相。这种相变可以减少纳米马达的摩擦力并驱动旋转。
    这是该团队首次使用纳米粒子演示电机。展望未来,研究人员将继续改进他们的创作,致力于提高性能,通过使它们更加稳定和可控,从而以更高的速率将光能转换为机械能。