Yksi molekyyli tekee herkän paine- ja voimaanturin – Physics World

Australialaiset tutkijat ovat havainneet ja kontrolloineet yksittäisen molekyylin muodon muutoksia vasteena käytetylle mekaaniselle voimalle. Feat voisi mahdollistaa pienikokoisten implantoitavien paineanturien ja kiihtyvyysantureiden kehittämisen elektroniikkateollisuudelle.

Kyseinen molekyyli, bullavene, on hiilivety, jonka kemiallinen kaava on C₁₀H₁₀. Tärkeää on, että se on pietsoresistiivinen, mikä tarkoittaa, että sen sähkövastus muuttuu mekaanisen rasituksen seurauksena. Bulavenen tapauksessa tämä kanta syntyy, kun molekyyli muuttuu eri mahdollisten muotojensa tai isomeerien välillä, mikä muuttaa atomiensa välistä yhteyttä ja tuottaa mitattavissa olevan vaihtelun sähkövastukseensa.

Tutkijat päättivät tutkia bullaveneen pietsoresistiivistä käyttäytymistä, koska se käy läpi epätavallisen suuria muodonmuutoksia perustuslaillisena ja konformationaalisena isomeriana tunnetuista prosesseista johtuen. "Ensimmäiseen liittyy sidostopologioiden uudelleenjärjestely, kun taas jälkimmäiseen molekyylit yksinkertaisesti "floppaavat", selittää. Jeffrey Reimers, kemisti University of Technology Sydney joka johti tutkimusta yhdessä Nadim Darwish of Curtin University, Daniel Kosov of James Cook University ja Thomas Fallon että Newcastlen yliopisto.

Mittaakseen bullavenen muuttuvaa vastustuskykyä ryhmä käytti kemiallisia kiinnikkeitä, joita kutsutaan diaryyleiksi, molekyylin sitomiseksi kultakontakteihin 7-15 angströmin päässä toisistaan. Kun nämä kultakontaktit liikkuvat, molekyyli pysyy sidottuna niihin, mutta sen kokema mekaaninen rasitus saa sen muodostamaan uuden, erimuotoisen isomeerin. Tämä muodonmuutos muuttaa sähkön virtausta molekyylin läpi, ja tutkijat pystyivät mittaamaan nämä muutokset skannaustunnelimikroskoopilla.

Pienoisanturit ja millisekuntien aikaskaalat

Pietsoresistoreita käytetään jo laajasti useissa sovelluksissa, mukaan lukien elektronisten laitteiden tärinäilmaisimet, älypuhelimien askelmittarit, auton turvatyynyjen laukaisimet ja implantoitavat lääketieteelliset anturit. Koska bullavene-molekyylit ovat niin pieniä, niitä voitaisiin käyttää näiden tavanomaisten laitteiden pienoisversioiden luomiseen. Bulavene-pohjainen anturi voisi myös havaita muiden kemikaalien tai biomolekyylien, kuten proteiinien tai entsyymien, läsnäolon - mikä saattaa olla tärkeää sairauksien havaitsemisessa, Darwish sanoo.

Puettavat paineanturit laajentavat toiminta-aluettaan

Tutkijat, jotka kertovat työstään Luonto Viestintä, sanovat, että he voivat kuvitella luovansa niinkin pieniä laitteita kuin 3–100 nm² jotka havaitsevat ulkoiset voimat ja paineet yksinkertaisesti mittaamalla muutoksia vastuksessa. Toinen hyödyllinen ominaisuus, Kosov lisää, on se, että pietsorestorit voidaan saada värähtelemään 800 Hz:llä, mikä tarkoittaa, että niitä voitaisiin käyttää millisekuntien aikaskaalalla tapahtuvien prosessien seuraamiseen.

Seuraavissa vaiheissa tiimin työssä teknologiaa siirretään kalliista mikroskooppikokeista halvalle anturialustalle. "Tämä vaatii meitä kehittämään nanoelektrodiantureita, joiden aktiiviset elementit ovat muotoa muuttavia molekyylejämme", Darwish kertoo. Fysiikan maailma.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/