Undersøgelse modellerer ny metode til at accelerere nanopartikler

I en ny undersøgelse, forskere ved University of Illinois og Missouri University of Science and Technology modellerede en metode til at manipulere nanopartikler som en alternativ fremdriftsmetode for små rumfartøjer, der kræver meget små trykniveauer.

Holdet simulerede et system, der bruger lys til at generere et elektromagnetisk felt. Neutrale nanopartikler fremstillet af glas eller andet materiale, der isolerer i stedet for leder elektriske ladninger, bruges. Nanopartiklerne bliver polariserede. Alle de positive ladninger forskydes i feltets retning, og negative ladninger forskydes i den modsatte retning. Det skaber et indre elektrisk felt, der producerer en kraft til at flytte partiklerne fra et reservoir, ledet gennem en injektor, derefter skudt ud af en accelerator for at producere tryk.

Studiet, der har været omkring otte år undervejs, analytisk viste, at teknikken kan fungere, og foreslåede parametre for succes.

"Udfordringen er at vælge den rigtige permittivitet af mediet, det rigtige beløb, hvor alt dette sker, "sagde Joshua Rovey, lektor i Institut for Luftfartsteknik i Grainger College of Engineering ved U of I. "Du skal vælge de rigtige materialer til selve nanopartiklerne samt materialet omkring nanopartiklerne, når de bevæger sig gennem strukturen."

Teknikken er baseret på et fysikfelt kaldet plasmonik, der studerer, hvordan optisk lys eller optiske elektromagnetiske bølger, interagere med strukturer i nanoskala, såsom en stang eller prisme.

Rovey forklarede, når lyset rammer strukturen i nanoskalaen, der opstår en resonant interaktion. Det skaber stærke elektromagnetiske felter lige ved siden af ​​den struktur. Og disse elektromagnetiske felter kan manipulere partikler ved at påføre kræfter på nanoskala partikler, der er i nærheden af ​​disse strukturer. Undersøgelsen fokuserede på, hvordan man fodrer nanopartiklerne ind i acceleratorstrukturen, eller injektor og hvordan vinklerne på pladerne i injektoren påvirker kræfterne på disse nanopartikler.

"En af de vigtigste motiverende faktorer for konceptet var fraværet eller manglen på en strømforsyning i rummet, "Sagde Rovey." Hvis vi bare kan udnytte solen direkte, få solen til at skinne direkte på selve nanostrukturerne, der er ikke behov for en elektrisk strømforsyning eller solpanel for at levere strøm."

Rovey sagde, at denne undersøgelse var en numerisk simulering. Det næste skridt vil være at skabe strukturer i nanoskala i et laboratorium, indlæs derefter i systemet, anvende en lyskilde, og observere, hvordan nanopartiklerne bevæger sig.