Udvikling af verdens mindste tandhjul

Stadig mindre og mere indviklet – uden miniaturisering ville vi ikke have de komponenter i dag, der kræves til højtydende bærbare computere, kompakte smartphones eller endoskoper med høj opløsning. Der bliver nu forsket i nanoskalaen på afbrydere, rotorer eller motorer, der kun består af få atomer, for at bygge såkaldte molekylære maskiner. Et forskerhold på FAU har med succes bygget verdens mindste energidrevne tandhjul med en tilsvarende pendant. Nanogearet er det første, der også aktivt kan styres og drives. Forskernes resultater er for nylig blevet publiceret i tidsskriftet Nature Chemistry .

Miniaturisering spiller en nøglerolle i den videre udvikling af moderne teknologier og gør det muligt at fremstille mindre enheder, der har mere kraft. Det spiller også en væsentlig rolle i fremstillingen, da det gør det muligt at fremstille funktionelle materialer og medicin med hidtil hidtil hidtil usete præcisionsniveauer. Nu er forskningen gået ind i nanoskalaen - som er usynlig for det blotte øje - med fokus på individuelle atomer og molekyler. Betydningen af ​​dette nye forskningsfelt demonstreres af Nobelprisen i kemi, som blev tildelt for forskning i molekylære maskiner i 2016.

Nogle vigtige komponenter, der bruges i molekylære maskiner, såsom afbrydere, rotorer, pincet, robotarme eller endda motorer findes allerede i nanoskalaen. En yderligere væsentlig komponent til enhver maskine er tandhjulet, som tillader ændringer i retning og hastighed og gør det muligt at forbinde bevægelser med hinanden. Molekylære modstykker findes også for tandhjul, men indtil nu har de kun bevæget sig passivt frem og tilbage, hvilket ikke er særlig nyttigt for en molekylær maskine.

Det molekylære tandhjul udviklet af forskerholdet ledet af prof. Dr. Henry Dube, formand for organisk kemi I ved FAU og tidligere leder af en junior forskergruppe ved LMU i München, måler kun 1,6 nm. Forskerholdet har haft held med aktivt at drive et molekylært tandhjul og dets modstykke og har dermed løst et grundlæggende problem i konstruktionen af ​​maskiner på nanoskala.

Gearet består af to komponenter, der er sammenkoblet med hinanden og består af kun 71 atomer. En komponent er et triptycen molekyle, hvis struktur ligner en propel eller skovlhjul. Den anden komponent er et fladt fragment af et thioindigo-molekyle, der ligner en lille plade. Hvis pladen roterer 180 grader, roterer propellen kun 120 grader. Resultatet er et udvekslingsforhold på 2:3.

Nanogearet styres af lys, hvilket gør det til et molekylært fotogear. Da de er direkte drevet af lysenergien, bevæger pladen og triptycenpropellen sig i låst synkron rotation. Varme alene var ikke tilstrækkelig til at få gearet til at rotere, som FAU-holdet opdagede. Da forskerne varmede opløsningen op omkring gearet i mørke, drejede propellen, men det gjorde pladen ikke - gearet "glid". Forskerne kom således frem til, at nanogearet kan aktiveres og styres ved hjælp af en lyskilde. + Udforsk yderligere

Team udvikler robust molekylær propel til ensrettede rotationer