Små motorer tager et stort skridt fremad

Motorer er overalt i vores daglige liv – fra biler til vaskemaskiner. Et futuristisk videnskabeligt felt arbejder på bittesmå motorer, der kan drive et netværk af nanomaskiner og erstatte nogle af de strømkilder, vi bruger i enheder i dag.

I ny forskning offentliggjort for nylig i ACS Nano , skabte forskere fra Cockrell School of Engineering ved University of Texas i Austin den første solid-state optiske nanomotor nogensinde. Alle tidligere versioner af disse lysdrevne motorer findes i en løsning af en slags, som holdt deres potentiale tilbage for de fleste anvendelser i den virkelige verden.

"Livet startede i vandet og bevægede sig til sidst på land," sagde Yuebing Zheng, en lektor i Walker Department of Mechanical Engineering. "Vi har lavet disse mikro-nanomotorer, der altid har levet i løsningsarbejde på landjorden, i en solid tilstand."

Forskerne forestiller sig, at disse motorer driver en række ting. Den roterende bevægelse kan opsamle støv og andre partikler, hvilket gør den nyttig til luftkvalitetsmåling. De kunne fremdrive medicinafgivelsesanordninger i den menneskelige krop. Og de kunne drive små droner til overvågning og målinger, såvel som andre minibiler.

Den nye motor er mindre end 100 nanometer bred, og den kan rotere på et solidt underlag under lys belysning. Den kan fungere som en brændstoffri og gearfri motor til at omdanne lys til mekanisk energi til forskellige solid-state mikro-/nano-elektromekaniske systemer.

At bringe disse nanomotorer på land og op af vandet, så at sige, undgår Brownian Motion, en af ​​de største forhindringer, der holder implementeringen af ​​disse enheder tilbage. Det sker, når vandmolekyler skubber disse små motorer ud af deres spin. Jo mindre motoren er, jo stærkere bliver denne bevægelse. Fjernelse af løsningen fra ligningssiden trinvis dette problem fuldstændigt.

Nanomotorer er en del af et stort og voksende felt af miniature strømkilder. De tjener som en mellemting i skala mellem molekylære maskiner i den mindre ende og mikromotorer i den større ende.

Feltet er af enorm interesse, men på dette tidspunkt forsøger forskere stadig at finde ud af den grundlæggende videnskab for at gøre disse små motorer mere levedygtige gennem øget effektivitet.

Grunden til, at videnskabsmænd er så forelskede i at skabe disse små motorer, er, at de efterligner nogle af de vigtigste biologiske strukturer. I naturen driver disse motorer delingen af ​​celler og hjælper dem med at bevæge sig. De kombineres for at hjælpe organismer med at bevæge sig.

"Nanomotorer hjælper os til præcis at kontrollere nanoverdenen og finde på nye ting, vi ønsker for vores virkelige verden," sagde Jingang Li, en Ph.D. kandidat fra Zhengs gruppe og hovedforfatter af denne undersøgelse.

Ved at tage disse motorer ud af løsningen og sætte dem på chips, har de potentialet til at udskifte batterier i nogle tilfælde, idet de kun bruger lys til at generere mekanisk bevægelse og energienheder.

Dette gennembrud udspringer af et nyt design:et tyndt lag faseændringsmateriale på substratet. Den tynde film kan undergå en lokal og reversibel ændring fra den faste til en kvasi-flydende fase, når den udsættes for lys. Denne faseændring kan reducere nanomotorernes friktionskraft og driver rotationen.

Dette var holdets første demonstration af motorerne ved hjælp af nanopartikler. Fremadrettet vil forskerne fortsætte med at forbedre deres skabelse, arbejde på at forbedre ydeevnen, ved at gøre dem mere stabile og kontrollerbare, hvilket fører til at konvertere lys til mekanisk energi med højere hastigheder. + Udforsk yderligere

Mikrodroner med lysdrevne nanomotorer