Omkonfigureret Tesla-spole justerer, elektrificerer materialer på afstand

Forskere ved Rice University har opdaget, at det stærke kraftfelt, der udsendes af en Tesla-spole, får kulstofnanorør til at samle sig selv til lange ledninger, et fænomen de kalder "Teslaphoresis".

Holdet ledet af Rice-kemikeren Paul Cherukuri rapporterede sine resultater i denne uge ACS Nano .

Cherukuri ser denne forskning som en klar vej mod skalerbar samling af nanorør fra bunden og op.

Systemet fungerer ved at fjernoscillere positive og negative ladninger i hvert nanorør, får dem til at kæde sammen til lange tråde. Cherukuris specialdesignede Tesla-spole genererer endda en traktorstrålelignende effekt, da nanorørledninger trækkes mod spolen over lange afstande.

Denne kraftfelteffekt på stof var aldrig blevet observeret i så stor skala, Cherukuri sagde, og fænomenet var ukendt for Nikola Tesla, der opfandt spolen i 1891 med den hensigt at levere trådløs elektrisk energi.

"Elektriske felter er blevet brugt til at flytte små genstande, men kun over ultrakorte afstande, " sagde Cherukuri. "Med Teslaphoresis, vi har evnen til massivt at opskalere kraftfelter for at flytte stof på afstand."

Forskerne opdagede, at fænomenet samtidig samler og driver kredsløb, der høster energi fra marken. I et eksperiment, nanorør samlet sig selv til ledninger, dannede et kredsløb, der forbinder to LED'er og absorberede derefter energi fra Tesla-spolens felt for at tænde dem.

Cherukuri indså, at en nydesignet Tesla-spole kunne skabe et kraftfuldt kraftfelt på afstande, der er langt større end nogen havde forestillet sig. Hans hold observerede justering og bevægelse af nanorørene flere meter væk fra spolen. "Det er sådan en fantastisk ting at se disse nanorør blive levende og sy sig ind i ledninger på den anden side af rummet, " han sagde.

Nanorør var et naturligt første testmateriale, givet deres arv ved Rice, hvor HiPco produktionsprocessen blev opfundet. Men forskerne forestiller sig, at mange andre nanomaterialer også kan samles.

Lindsey Bornhoeft, avisens hovedforfatter og en biomedicinsk ingeniørstuderende ved Texas A&M University, sagde det rettede kraftfelt fra bænk-top-spolen ved Rice er begrænset til blot et par fod. At undersøge virkningerne på stof på større afstande ville kræve større systemer, der er under udvikling. Cherukuri foreslog mønstrede overflader og flere Tesla-spolesystemer kunne skabe mere komplekse selvsamlende kredsløb fra partikler i nanoskala.

Cherukuri og hans kone, Tonya, også en risalun og en medforfatter til papiret, bemærkede, at deres søn Adam lavede nogle bemærkelsesværdige observationer, mens han så videoer af eksperimentet. "Jeg var overrasket over, at han bemærkede mønstre i nanorørs bevægelser, som jeg ikke så, " sagde Cherukuri. "Jeg kunne ikke gøre ham til forfatter på avisen, men både han og hans lillebror John er anerkendt for nyttige diskussioner."

Cherukuri kender værdien af ​​ungdommelig observation – og fantasi – siden han begyndte at designe Tesla-spoler som teenager. "Jeg ville aldrig have troet, som et 14-årigt barn byggede spoler, at det ville være nyttigt en dag, " han sagde.

Cherukuri og hans team finansierede selv arbejdet, hvilket han sagde gjorde det mere meningsfuldt for gruppen. "Dette var et af de mest spændende projekter, jeg nogensinde har lavet, gjort endnu mere, fordi det var en helt frivillig gruppe af passionerede videnskabsmænd og studerende. Men fordi Rice har denne vidunderlige kultur af ukonventionel visdom, vi var i stand til at gøre en fantastisk opdagelse, der flytter grænserne for nanovidenskab."

Holdkammeraterne ser frem til at se, hvor deres forskning fører hen. "Disse nanorørs ledninger vokser og fungerer som nerver, og kontrolleret samling af nanomaterialer fra bunden og op kan bruges som skabelon til anvendelser inden for regenerativ medicin, " sagde Bornhoeft.

"Der er så mange applikationer, hvor man kunne bruge stærke kraftfelter til at kontrollere stoffets adfærd i både biologiske og kunstige systemer, " sagde Cherukuri. "Og endnu mere spændende er, hvor meget grundlæggende fysik og kemi vi opdager, mens vi bevæger os videre. Dette er virkelig kun første akt i en fantastisk historie."

Medforfattere er Rice senior Aida Castillo; Risforskere Carter Kittrell, Dustin James og Bruce Brinson; Rice Distinguished Faculty Fellow Bruce Johnson; Thomas Rybolt, leder af kemiafdelingen og UC Foundation Professor ved University of Tennessee-Chattanooga; og Preston Smalley fra Second Baptist School i Houston, der arbejdede på projektet som sommerpraktikant hos Rice. Cherukuri og Bornhoeft begyndte projektet, mens begge var på University of Tennessee-Chattanooga.