Mekanisk aktiveret iontransport på tværs af encifrede kulstofnanorør

Nanofluidik, feltet, der studerer nanoskalastrømme, har gjort betydelige fremskridt i de senere år. Marken blomstrer takket være udviklingen af ​​nye materialer, især nanorør og 2-D materialer, som gør det muligt at fremstille velkontrollerede nanofluidiske enheder, der er modtagelige for undersøgelse af nanofluidiske egenskaber ned til de mindste skalaer.

Imidlertid, på trods af rigdommen af ​​ny adfærd rapporteret i de kunstige nanokanaler, de er stadig langt fra den imponerende kompleksitet af det biologiske maskineri. Naturen gør mange udsøgte ting med ioner og væsker i små skalaer, og på en meget effektiv måde:man kan citere, for eksempel, aktiveret transport, ionisk pumpning, informationslagring, osv. At få inspiration fra nogle af disse funktionaliteter til at reproducere dem i kunstige enheder ville være et kvantespring for at udvikle iontronics.

Mange biologiske enheder udviser aktiverede reaktioner under forskellige stimuli, og en sådan adfærd er mekano-transduktionskanalerne involveret i f.eks. berøringsføling eller ørehårceller. I nærværende papir, vi viser, at små (encifrede) kulstof nanorør, med en radius på 2nm, udviser en mekanisk følsom reaktion, som desuden minder meget om deres biologiske modstykke, med ledningsevnen af ​​CNT, der udviser en stærk og kvadratisk afhængighed af det påførte tryk.

Vi kan endda rationalisere denne adfærd teoretisk med en analytisk forudsigelse for den trykafhængige konduktans. Dette viser, I øvrigt, at den mekanofølsomme respons slår rod i den ultralave friktion, som kulstofnanorør med den mindste størrelse udviser. Dette demonstrerer den yderligere unikke karakter af kulstof-nanorørmaterialer som vand- og iontransportører. Vi udnytter her dets unikke egenskaber til at inducere ikke-lineære, stimuleret transport.

Dette fænomen åbner nye muligheder for udvikling af avancerede iontroniske funktioner i fremtiden. Den påviste adfærd er en forudsætning for at bygge integrerede nanofluidiske systemer, og sådan en mekano-følsom reaktion er en byggesten til at udvikle berøring og sansning på nanoskalaen inspireret af biologiske systemer.