Eén molecuul vormt een gevoelige druk- en krachtsensor – Physics World

Onderzoekers in Australië hebben veranderingen in de vorm van een enkel molecuul gedetecteerd en gecontroleerd als reactie op een uitgeoefende mechanische kracht. Deze prestatie zou de ontwikkeling van geminiaturiseerde implanteerbare druksensoren en versnellingsmeters voor de elektronica-industrie mogelijk kunnen maken.

Het molecuul in kwestie, bullaveen, is een koolwaterstof met de chemische formule C₁₀H₁₀. Belangrijk is dat het piëzoresistief is, wat betekent dat de elektrische weerstand verandert als reactie op mechanische belasting. In het geval van Bullavene treedt deze spanning op wanneer het molecuul verandert tussen zijn verschillende mogelijke vormen, of isomeren, waardoor de connectiviteit tussen zijn atomen verandert en een meetbare variatie in zijn elektrische weerstand ontstaat.

De onderzoekers kozen ervoor om piëzoresistief gedrag in bullaveen te onderzoeken omdat het ongewoon grote vormveranderingen ondergaat als gevolg van processen die bekend staan ​​als constitutionele en conformationele isomerie. “Bij het eerste gaat het om de herschikking van bindingstopologieën, terwijl bij het laatste om moleculen gaat die simpelweg ‘rond floppen’”, legt hij uit Jeffrey Reimers, een chemicus aan de University of Technology Sydney die samen met hem het onderzoek leidde Nadim Darwisj of Curtin University, Daniël Kosov of James Cook University en Thomas Fallon van de Universiteit van Newcastle.

Om de veranderende weerstand van bullavene te meten, gebruikte het team chemische bijlagen, dagboeken genaamd, om het molecuul te binden aan goudcontacten met een onderlinge afstand van 7 tot 15 angstrom. Wanneer deze goudcontacten bewegen, blijft het molecuul eraan gebonden, maar de mechanische spanning die het ervaart zorgt ervoor dat het een nieuw isomeer vormt met een andere vorm. Deze vormverandering wijzigt de stroom van elektriciteit door het molecuul, en de onderzoekers konden deze veranderingen meten met behulp van scanning tunneling microscopie.

Miniatuursensoren en tijdschalen van milliseconden

Piëzoweerstanden worden al op grote schaal ingezet in een reeks toepassingen, waaronder trillingsdetectoren in elektronische apparaten, stappentellers in smartphones, triggers voor auto-airbags en implanteerbare medische sensoren. Omdat bullaveenmoleculen zo klein zijn, kunnen ze worden gebruikt om geminiaturiseerde versies van deze conventionele apparaten te maken. Een op bullaveen gebaseerde sensor zou ook de aanwezigheid van andere chemicaliën of biomoleculen zoals eiwitten of enzymen kunnen detecteren – iets dat belangrijk kan zijn voor het detecteren van ziekten, zegt Darwish.

Draagbare druksensoren vergroten hun bereik

De onderzoekers, die hun werk in detail beschrijven Nature Communications, zeggen dat ze zich kunnen voorstellen om apparaten te maken die zo klein zijn als 3 tot 100 nm² die externe krachten en druk detecteren door simpelweg weerstandsveranderingen te meten. Een ander handig kenmerk, voegt Kosov toe, is dat de piëzo-weerstanden kunnen oscilleren op 800 Hz, wat betekent dat ze kunnen worden gebruikt om processen te monitoren die plaatsvinden op tijdschalen van milliseconden.

De volgende fasen in het werk van het team omvatten de overdracht van de technologie van een duur microscopie-experiment naar een goedkoop detectieplatform. “Dit vereist dat we nano-elektrodesensoren ontwikkelen waarvan de actieve elementen onze vormveranderende moleculen zijn”, vertelt Darwish. Natuurkunde wereld.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/