O singură moleculă face un senzor sensibil de presiune și forță – Physics World

Cercetătorii din Australia au detectat și controlat modificări ale formei unei singure molecule ca răspuns la o forță mecanică aplicată. Acțiunea ar putea permite dezvoltarea unor senzori de presiune implantabili miniaturizați și accelerometre pentru industria electronică.

Molecula în cauză, bullavene, este o hidrocarbură cu formula chimică C₁₀H₁₀. Important este că este piezoresistiv, ceea ce înseamnă că rezistența sa electrică se modifică ca răspuns la solicitarea mecanică. În cazul bullavene, această tulpină apare atunci când molecula se schimbă între diferitele sale forme posibile, sau izomeri, modificând conectivitatea dintre atomii săi și producând o variație măsurabilă a rezistenței sale electrice.

Cercetătorii au ales să exploreze comportamentul piezoresistiv în bullavene, deoarece suferă modificări de formă neobișnuit de mari din cauza proceselor cunoscute sub numele de izomerie constituțională și conformațională. „Primul implică rearanjarea topologiilor de legare, în timp ce cel de-al doilea implică molecule pur și simplu „făcându-se””, explică Jeffrey Reimers, un chimist la Universitatea Tehnică din Sydney care a condus studiul împreună cu Nadim Darwish of Universitatea Curtin, Daniel Kosov of Universitatea James Cook și Thomas Fallon a Universitatea din Newcastle.

Pentru a măsura rezistența la schimbare a bullavene, echipa a folosit atașamente chimice numite diaril pentru a lega molecula de contactele de aur la distanță de 7 până la 15 angstromi. Când aceste contacte de aur se mișcă, molecula rămâne legată de ele, dar tensiunea mecanică pe care o experimentează o face să formeze un nou izomer cu o formă diferită. Această schimbare de formă modifică fluxul de electricitate prin moleculă, iar cercetătorii au reușit să măsoare aceste modificări folosind microscopia de scanare cu tunel.

Senzori miniaturali și intervale de timp în milisecunde

Piezorrezistențele sunt deja implementate pe scară largă într-o gamă largă de aplicații, inclusiv detectoare de vibrații în dispozitive electronice, pedometre în smartphone-uri, declanșatoare pentru airbag-urile auto și senzori medicali implantabili. Deoarece moleculele bullavene sunt atât de mici, ele ar putea fi folosite pentru a crea versiuni miniaturizate ale acestor dispozitive convenționale. Un senzor pe bază de bullavene ar putea detecta, de asemenea, prezența altor substanțe chimice sau biomolecule, cum ar fi proteinele sau enzimele - ceva care ar putea fi important pentru detectarea bolilor, spune Darwish.

Senzorii de presiune portabili își extind raza de acțiune

Cercetătorii, care își detaliază munca în Natura Comunicaţii, spun că pot avea în vedere crearea de dispozitive de la 3 la 100 nm² care detectează forțele și presiunile externe pur și simplu prin măsurarea modificărilor rezistenței. O altă caracteristică utilă, adaugă Kosov, este că piezorrezistențele pot fi făcute să oscileze la 800 Hz, ceea ce înseamnă că ar putea fi folosite pentru a monitoriza procesele care au loc la intervale de timp în milisecunde.

Următoarele etape ale muncii echipei vor implica transferul tehnologiei de la un experiment de microscopie costisitor într-o platformă de detectare ieftină. „Acest lucru ne va necesita să dezvoltăm senzori cu nanoelectrozi ale căror elemente active sunt moleculele noastre care își schimbă forma”, spune Darwish. Lumea fizicii.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/