Az egyetlen molekula érzékeny nyomás- és erőérzékelőt alkot – a fizika világa

Ausztrál kutatók észlelték és szabályozták egyetlen molekula alakjának változását az alkalmazott mechanikai erő hatására. A bravúr lehetővé teheti miniatürizált beültethető nyomásérzékelők és gyorsulásmérők fejlesztését az elektronikai ipar számára.

A szóban forgó molekula, a bullavene, egy szénhidrogén, amelynek kémiai képlete C₁₀H₁₀. Fontos, hogy piezorezisztív, ami azt jelenti, hogy elektromos ellenállása megváltozik a mechanikai igénybevétel hatására. A bullavene esetében ez a törzs akkor fordul elő, amikor a molekula különböző lehetséges alakjai vagy izomerjei között megváltozik, megváltoztatva az atomok közötti kapcsolatot, és mérhető változást okozva elektromos ellenállásában.

A kutatók a bullavene piezorezisztív viselkedésének feltárását választották, mert szokatlanul nagy alakváltozásokon megy keresztül az alkotmányos és konformációs izoméria néven ismert folyamatok következtében. „Az előbbi a kötési topológiák átrendezését jelenti, míg az utóbbi a molekulák egyszerűen „lebegve” – magyarázza. Jeffrey Reimers, egy vegyész a Sydney Műszaki Egyetem aki együtt vezette a vizsgálatot Nadim Darwish of Curtin Egyetem, Daniel Kosov of James Cook Egyetem és a Thomas Fallon az Newcastle-i Egyetem.

A bullavene változó rezisztenciájának mérésére a csapat kémiai kötőelemeket, úgynevezett diarilokat használt, hogy a molekulát az aranyérintkezőkhöz 7-15 angström távolságra kötötték. Amikor ezek az aranyérintkezők elmozdulnak, a molekula hozzájuk kötve marad, de az általa tapasztalt mechanikai igénybevétel hatására új, eltérő alakú izomer keletkezik. Ez az alakváltozás módosítja az elektromosság áramlását a molekulán keresztül, és a kutatók képesek voltak mérni ezeket a változásokat pásztázó alagútmikroszkóppal.

Miniatűr érzékelők és ezredmásodperces időskálák

A piezorellenállásokat már széles körben alkalmazzák számos alkalmazásban, beleértve az elektronikus eszközök rezgésérzékelőit, az okostelefonok lépésszámlálóit, az autólégzsákok kioldóit és a beültethető orvosi érzékelőket. Mivel a bullavene molekulák olyan kicsik, felhasználhatók ezeknek a hagyományos eszközöknek a miniatürizált változatainak létrehozására. A bullavene alapú érzékelők más vegyi anyagok vagy biomolekulák, például fehérjék vagy enzimek jelenlétét is kimutathatják – ami fontos lehet a betegségek kimutatásához, mondja Darwish.

A hordható nyomásérzékelők kiterjesztik hatótávolságukat

A kutatók, akik részletezik munkájukat Nature Communications3-100 nm-es eszközök létrehozását is elképzelhetik² amelyek egyszerűen az ellenállás változásának mérésével érzékelik a külső erőket és nyomásokat. Egy másik hasznos funkció, teszi hozzá Kosov, hogy a piezorellenállások 800 Hz-en oszcillálóvá tehetők, ami azt jelenti, hogy ezredmásodperces időskálán zajló folyamatok figyelésére is használhatók.

A csapat munkájának következő szakaszában a technológiát egy drága mikroszkópos kísérletből egy olcsó érzékelőplatformba kell átvinni. „Ehhez nanoelektród érzékelőket kell kifejlesztenünk, amelyek aktív elemei az alakváltó molekuláink” – mondja Darwish Fizika Világa.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/