Nanocars taget til en hård tur

Rice University -forskere, der udviklede de første nanocars og kolleger ved North Carolina State University, fandt i nylige tests, at kørsel med deres køretøjer under omgivelsesbetingelser - udsat for fri luft, snarere end et vakuum-blev dicey efter en tid, fordi de hydrofobe enkeltmolekylebiler holdt sig til "vejen" og skabte, hvad der svarede til store hastighedsdæmpninger.

Resultaterne blev rapporteret i American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry C .

Værket af Rice -kemiker James Tour, NC State analytisk kemiker Gufeng Wang og deres kolleger kom, da Rice forbereder sig på at deltage i det første NanoCar Race i Toulouse, Frankrig, i oktober. Risforskere er medlemmer af et af fem internationale teams, der planlægger at deltage i konkurrencen.

Ligesom i makroverdenen, kørselsforhold er vigtige for at flytte nanocars. Selvom løbet køres i et ultrakoldt vakuum, risforskerne syntes det var klogt at studere, hvordan deres nyeste model af nanocars ville klare sig i en mere naturlig ramme.

"Vores langsigtede mål er at lave nanomaskiner, der fungerer i omgivende miljøer, "Tour sagde." Det er, når de vil vise potentiale til at blive nyttige værktøjer til medicin og bottom-up-fremstilling. "

Den nyeste generation af Rice-nanocars har adamantanhjul, der er let hydrofobe (vandafvisende). Tour sagde, at en vis hydrofobicitet er vigtig for at hjælpe med at holde nanocars fastgjort til en overflade, men hvis dækkene er for hydrofobe, bilerne kunne blive permanent immobiliserede. Det er fordi hydrofobe ting har en tendens til at hænge sammen for at minimere mængden af ​​overfladeareal, der er i kontakt med vand. Ting der er hydrofile, eller vandlignende, er mere tilbøjelige til at flyde frit i vand, Tour sagde.

I de seneste Rice -test med de nye dæk, nanocars blev placeret på overflader, der enten var rent glas eller glas overtrukket med polymer polyethylenglycol (PEG). Glas er det mest anvendte substrat i nanocar -forskning. Tour sagde, at de PEG-belagte glasplader blev brugt til deres antifouling-nonsticky-egenskaber, mens de rene glasskiver blev behandlet med brintoverilte, så de hydrofobe hjul ikke ville klistre.

Han sagde, at bilerne ikke blev kørt så meget som at gennemgå "rettet diffusion" i testene. Pointen, han sagde, var at etablere kinetikken i nanocar -bevægelse og forstå den potentielle energioverfladeinteraktion mellem bilen og overfladen over tid.

"Vi vil vide, hvad der får en nanocar til at" ramme bremserne ", og hvor meget ekstern energi vi skal bruge for at starte den igen. " han sagde.

Forskerne lod deres biler køre frit på en fast overflade udsat for luften og sporede deres bevægelser ved spændende indlejrede fluorescerende mærker.

De biler, der bevægede sig via brownisk diffusion, blev langsommere i løbet af de 24 timer, diasene var under observation. Tour sagde dias absorberede molekyler fra luften; efterhånden som flere og flere af disse molekyler sidder fast på overfladen, diasene bliver gradvist mere "beskidte" under hele forsøget. Hver nanocar er en enkelt, komplekst molekyle, der kun indeholder et par hundrede atomer, så alle andre molekyler, de støder på på kørebanen, er enorme forhindringer, der fungerer som klæbrigt skum. Hver kollision med en af ​​disse forhindringer får nanocar til at bremse, og til sidst sidder bilerne permanent fast.

Wang sagde, at fra et energiperspektiv - det vil sige, det energiske forhold mellem molekylbilerne og dem, der udgør vejen - molekyler, der adsorberes fra luft, genererer mange potentielle energibrønde, ligesom vandpytter på den potentielle energioverflade. Disse vandpytter kan bremse eller permanent fange nanocars.

Test viste, at næsten dobbelt så mange af bilerne så ud til at bevæge sig på de ikke -klæbende PEG -rutsjebaner, og alle bevægede sig lidt hurtigere end dem på det bare glas.

Forskerne bemærkede, at de ikke kunne se de nye modeller med scannende tunnelmikroskoper, fordi de kun arbejder i et vakuum, og de udsender energi, der kan påvirke bilernes bevægelse. Af denne grund, forskerne mærkede hver nanocar med en fluorescerende markør og brugte konfokale mikroskoper til at spore bilernes bevægelser.