Pojedyncza cząsteczka tworzy czuły czujnik ciśnienia i siły – Świat Fizyki

Naukowcy z Australii wykryli i kontrolowali zmiany kształtu pojedynczej cząsteczki w odpowiedzi na przyłożoną siłę mechaniczną. Wyczyn ten może umożliwić opracowanie zminiaturyzowanych wszczepialnych czujników ciśnienia i akcelerometrów dla przemysłu elektronicznego.

Cząsteczka, o której mowa, bullaven, jest węglowodorem o wzorze chemicznym C₁₀H₁₀. Co ważne, jest on piezorezystancyjny, co oznacza, że ​​jego rezystancja elektryczna zmienia się w odpowiedzi na naprężenia mechaniczne. W przypadku Bullavene’a napięcie to występuje, gdy cząsteczka zmienia różne możliwe kształty, czyli izomery, zmieniając łączność między jej atomami i powodując mierzalną zmianę jej rezystancji elektrycznej.

Naukowcy zdecydowali się zbadać zachowanie piezorezystancyjne w bullavene, ponieważ ulega on niezwykle dużym zmianom kształtu w wyniku procesów znanych jako izomeria konstytucyjna i konformacyjna. „To pierwsze polega na zmianie układu topologii wiązań, podczas gdy drugie polega na tym, że cząsteczki po prostu „przemieszczają się”” – wyjaśnia Jeffreya Reimersa, chemik w University of Technology Sydney z którym wspólnie prowadzili badanie Nadima Darwisha of Uniwersytet Curtin, Daniel Kosow of James Cook University i Thomasa Fallona ukończenia University of Newcastle.

Aby zmierzyć zmieniającą się rezystancję bullavene, zespół wykorzystał chemiczne przyłącza zwane diarylami, które związały cząsteczkę ze złotymi stykami oddalonymi od siebie o 7 do 15 angstremów. Kiedy te złote styki się poruszają, cząsteczka pozostaje z nimi związana, ale naprężenie mechaniczne, jakiego doświadcza, powoduje, że tworzy nowy izomer o innym kształcie. Ta zmiana kształtu modyfikuje przepływ prądu przez cząsteczkę, a badaczom udało się zmierzyć te zmiany za pomocą skaningowej mikroskopii tunelowej.

Miniaturowe czujniki i milisekundowe skale czasu

Piezorezystory są już szeroko stosowane w szeregu zastosowań, w tym w detektorach wibracji w urządzeniach elektronicznych, krokomierzach w smartfonach, wyzwalaczach poduszek powietrznych w samochodach i wszczepialnych czujnikach medycznych. Ponieważ cząsteczki bullavene są tak małe, można je wykorzystać do stworzenia zminiaturyzowanych wersji tych konwencjonalnych urządzeń. Czujnik oparty na bullavenie mógłby również wykryć obecność innych substancji chemicznych lub biomolekuł, takich jak białka lub enzymy, co może być ważne w wykrywaniu chorób, mówi Darwish.

Ubieralne czujniki ciśnienia zwiększają ich zasięg

Badacze, którzy szczegółowo opisują swoją pracę w: Nature Communications, twierdzą, że mogą sobie wyobrazić tworzenie urządzeń o wielkości od 3 do 100 nm² które wykrywają zewnętrzne siły i ciśnienia po prostu mierząc zmiany oporu. Kolejną przydatną funkcją, dodaje Kosov, jest to, że piezorezystory można zmusić do oscylacji z częstotliwością 800 Hz, co oznacza, że ​​można je wykorzystać do monitorowania procesów zachodzących w milisekundowych skalach czasu.

Kolejnymi etapami prac zespołu będzie przeniesienie technologii z kosztownego eksperymentu mikroskopowego na tanią platformę czujnikową. „Będzie to wymagało od nas opracowania czujników nanoelektrodowych, których aktywnymi elementami są nasze cząsteczki zmieniające kształt” – mówi Darwish Świat Fizyki.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/