Ένα μόνο μόριο δημιουργεί έναν ευαίσθητο αισθητήρα πίεσης και δύναμης - Physics World

Ερευνητές στην Αυστραλία εντόπισαν και έλεγξαν αλλαγές στο σχήμα ενός μόνο μορίου ως απόκριση σε μια εφαρμοσμένη μηχανική δύναμη. Το κατόρθωμα θα μπορούσε να επιτρέψει την ανάπτυξη μικροσκοπικών εμφυτεύσιμων αισθητήρων πίεσης και επιταχυνσιόμετρων για τη βιομηχανία ηλεκτρονικών.

Το εν λόγω μόριο, το bullavene, είναι ένας υδρογονάνθρακας με τον χημικό τύπο C₁₀H₁₀. Είναι σημαντικό ότι είναι πιεζοαντιστατικό, που σημαίνει ότι η ηλεκτρική αντίστασή του αλλάζει ως απόκριση στη μηχανική καταπόνηση. Στην περίπτωση του bullavene, αυτό το στέλεχος εμφανίζεται όταν το μόριο αλλάζει μεταξύ των διαφορετικών πιθανών σχημάτων ή ισομερών του, αλλοιώνοντας τη συνδεσιμότητα μεταξύ των ατόμων του και παράγοντας μια μετρήσιμη διακύμανση στην ηλεκτρική του αντίσταση.

Οι ερευνητές επέλεξαν να εξερευνήσουν την πιεζοαντιστική συμπεριφορά στο bullavene επειδή υφίσταται ασυνήθιστα μεγάλες αλλαγές σχήματος λόγω διαδικασιών γνωστών ως συνταγματική και διαμορφωτική ισομέρεια. «Το πρώτο περιλαμβάνει την αναδιάταξη των τοπολογιών σύνδεσης, ενώ το δεύτερο περιλαμβάνει μόρια που απλώς «πέφτουν γύρω»», εξηγεί. Τζέφρι Ράιμερς, χημικός στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Σίδνεϊ που ηγήθηκε της μελέτης μαζί με Nadim Darwish of Πανεπιστήμιο Curtin, Daniel Kosov of Πανεπιστήμιο James Cook και Τόμας Φάλον του Πανεπιστήμιο του Newcastle.

Για να μετρήσει τη μεταβαλλόμενη αντίσταση του bullavene, η ομάδα χρησιμοποίησε χημικά προσαρτήματα που ονομάζονται διαρύλια για να συνδέσουν το μόριο σε επαφές χρυσού σε απόσταση 7 έως 15 angstroms μεταξύ τους. Όταν αυτές οι επαφές χρυσού κινούνται, το μόριο παραμένει δεσμευμένο σε αυτές, αλλά η μηχανική καταπόνηση που βιώνει το κάνει να σχηματίσει ένα νέο ισομερές με διαφορετικό σχήμα. Αυτή η αλλαγή σχήματος τροποποιεί τη ροή του ηλεκτρισμού μέσω του μορίου και οι ερευνητές μπόρεσαν να μετρήσουν αυτές τις αλλαγές χρησιμοποιώντας μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας.

Μικροσκοπικοί αισθητήρες και χρονικές κλίμακες χιλιοστού του δευτερολέπτου

Οι πιεζοαντιστάσεις έχουν ήδη αναπτυχθεί ευρέως σε μια σειρά εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων ανιχνευτών κραδασμών σε ηλεκτρονικές συσκευές, βηματόμετρων σε smartphone, σκανδάλων για αερόσακους αυτοκινήτου και εμφυτεύσιμους ιατρικούς αισθητήρες. Επειδή τα μόρια bullavene είναι τόσο μικρά, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μικροσκοπικών εκδόσεων αυτών των συμβατικών συσκευών. Ένας αισθητήρας με βάση το bullavene θα μπορούσε επίσης να ανιχνεύσει την παρουσία άλλων χημικών ή βιομορίων όπως πρωτεΐνες ή ένζυμα – κάτι που μπορεί να είναι σημαντικό για την ανίχνευση ασθενειών, λέει ο Darwish.

Οι φορητοί αισθητήρες πίεσης επεκτείνουν το εύρος τους

Οι ερευνητές, οι οποίοι αναλύουν το έργο τους σε Nature Communications, λένε ότι μπορούν να οραματιστούν τη δημιουργία συσκευών από 3 έως 100 nm² που ανιχνεύουν εξωτερικές δυνάμεις και πιέσεις απλά μετρώντας τις αλλαγές στην αντίσταση. Ένα άλλο χρήσιμο χαρακτηριστικό, προσθέτει ο Kosov, είναι ότι οι πιεζοαντιστάσεις μπορούν να ταλαντωθούν στα 800 Hz, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση διεργασιών που συμβαίνουν σε χρονικές κλίμακες χιλιοστού του δευτερολέπτου.

Τα επόμενα στάδια στο έργο της ομάδας θα περιλαμβάνουν τη μεταφορά της τεχνολογίας από ένα ακριβό πείραμα μικροσκοπίας σε μια φθηνή πλατφόρμα ανίχνευσης. «Αυτό θα απαιτήσει από εμάς να αναπτύξουμε αισθητήρες νανοηλεκτροδίων των οποίων τα ενεργά στοιχεία είναι τα μόριά μας που αλλάζουν σχήμα», λέει ο Darwish Κόσμος Φυσικής.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/