Üksik molekul teeb tundliku rõhu- ja jõuanduri – Physics World

Austraalia teadlased on tuvastanud ja kontrollinud üksiku molekuli kuju muutusi vastuseks rakendatud mehaanilisele jõule. See saavutus võib võimaldada elektroonikatööstuse jaoks miniatuursete siirdatavate rõhuandurite ja kiirendusmõõturite väljatöötamist.

Kõnealune molekul, bullavene, on süsivesinik keemilise valemiga C₁₀H₁₀. Oluline on see, et see on piezoresistiivne, mis tähendab, et selle elektritakistus muutub vastuseks mehaanilisele pingele. Bullavene puhul tekib see tüvi siis, kui molekul muutub oma erinevate võimalike kujude või isomeeride vahel, muutes selle aatomite vahelist ühenduvust ja tekitades mõõdetava elektritakistuse muutuse.

Teadlased otsustasid uurida bullavene piezoresistiivset käitumist, kuna see läbib ebatavaliselt suuri kujumuutusi protsesside tõttu, mida nimetatakse konstitutsiooniliseks ja konformatsiooniliseks isomerismiks. "Esimene hõlmab sidumistopoloogiate ümberkorraldamist, teine ​​​​aga molekulide lihtsalt "libisemist", " selgitab Jeffrey Reimers, keemik ettevõttes University of Technology Sydney kes koos uuringut juhtis Nadim Darwish of Curtini Ülikool, Daniel Kosov of James Cooki Ülikool ja Thomas Fallon Euroopa Ülikooli Newcastle.

Bullavene muutuva resistentsuse mõõtmiseks kasutas töörühm keemilisi kinnitusi, mida nimetatakse diarüülideks, et siduda molekul kullakontaktidega 7–15 angströmi kaugusel. Kui need kullakontaktid liiguvad, jääb molekul nendega seotuks, kuid selle kogetav mehaaniline pinge põhjustab selle uue, erineva kujuga isomeeri moodustumist. See kujumuutus muudab elektrivoolu läbi molekuli ja teadlased suutsid neid muutusi mõõta skaneeriva tunnelmikroskoopia abil.

Miniatuursed andurid ja millisekundite ajaskaala

Piezoresistoreid kasutatakse juba laialdaselt paljudes rakendustes, sealhulgas vibratsioonidetektorid elektroonikaseadmetes, sammulugejad nutitelefonides, auto turvapatjade päästikud ja siirdatavad meditsiinilised andurid. Kuna bullavene molekulid on nii väikesed, saab neid kasutada nende tavapäraste seadmete miniatuursete versioonide loomiseks. Darwish ütleb, et bullavene-põhine andur võib tuvastada ka muude kemikaalide või biomolekulide, näiteks valkude või ensüümide olemasolu - midagi, mis võib olla oluline haiguste tuvastamiseks.

Kantavad rõhuandurid laiendavad oma ulatust

Teadlased, kes kirjeldavad oma tööd Nature Communicationsväidavad, et nad suudavad luua nii väikeseid seadmeid kui 3–100 nm² mis tuvastavad välised jõud ja surved lihtsalt takistuse muutusi mõõtes. Veel üks kasulik funktsioon, lisab Kosov, on see, et piesotakistid saab panna võnkuma 800 Hz juures, mis tähendab, et neid saab kasutada millisekundite jooksul toimuvate protsesside jälgimiseks.

Meeskonna töö järgmised etapid hõlmavad tehnoloogia ülekandmist kallist mikroskoopiakatsest odavale anduriplatvormile. "See nõuab meilt nanoelektroodide andurite väljatöötamist, mille aktiivsed elemendid on meie kuju muutvad molekulid," räägib Darwish. Füüsika maailm.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/