Из одной молекулы получается чувствительный датчик давления и силы

Исследователи из Австралии обнаружили и проконтролировали изменения формы одной молекулы в ответ на приложенную механическую силу. Это открытие может позволить разработать миниатюрные имплантируемые датчики давления и акселерометры для электронной промышленности.

Молекула, о которой идет речь, буллавен, представляет собой углеводород с химической формулой C.₁₀H₁₀. Важно отметить, что он пьезорезистивный, то есть его электрическое сопротивление изменяется в ответ на механическое напряжение. В случае с буллавеном эта деформация возникает, когда молекула меняет различные возможные формы или изомеры, изменяя связи между ее атомами и вызывая измеримые изменения в ее электрическом сопротивлении.

Исследователи решили изучить пьезорезистивное поведение буллавена, поскольку он претерпевает необычно большие изменения формы из-за процессов, известных как конституциональная и конформационная изомерия. «Первый вариант предполагает перестройку топологии связей, а второй предполагает, что молекулы просто «колеблются», — объясняет Джеффри Реймерс, химик в Технологический университет Сиднея который руководил исследованием вместе с Надим Дарвиш of Университет Кертина, Дэниел Косов of Джеймс Кук университет и Томас Фаллон Университет Ньюкасла.

Чтобы измерить изменяющееся сопротивление буллавена, команда использовала химические соединения, называемые диарилами, чтобы связать молекулу с золотыми контактами на расстоянии от 7 до 15 ангстрем друг от друга. Когда эти золотые контакты перемещаются, молекула остается связанной с ними, но механическое напряжение, которое она испытывает, заставляет ее образовывать новый изомер другой формы. Это изменение формы изменяет поток электричества через молекулу, и исследователи смогли измерить эти изменения с помощью сканирующей туннельной микроскопии.

Миниатюрные датчики и миллисекундные шкалы времени

Пьезорезисторы уже широко используются в ряде приложений, включая детекторы вибрации в электронных устройствах, шагомеры в смартфонах, триггеры автомобильных подушек безопасности и имплантируемые медицинские датчики. Поскольку молекулы буллавена настолько малы, их можно использовать для создания миниатюрных версий этих обычных устройств. Датчик на основе буллавена также может обнаруживать присутствие других химических веществ или биомолекул, таких как белки или ферменты, что может быть важно для выявления заболеваний, говорит Дарвиш.

Носимые датчики давления расширяют свой диапазон

Исследователи, подробно излагающие свою работу в Природа связиговорят, что они могут предусмотреть создание устройств размером от 3 до 100 нм.² которые обнаруживают внешние силы и давление, просто измеряя изменения сопротивления. Еще одна полезная особенность, добавляет Косов, заключается в том, что пьезорезисторы можно заставить колебаться с частотой 800 Гц, что означает, что их можно использовать для мониторинга процессов, происходящих в миллисекундных масштабах времени.

Следующие этапы работы команды будут включать перенос технологии дорогостоящего микроскопического эксперимента на дешевую сенсорную платформу. «Это потребует от нас разработки наноэлектродных датчиков, активными элементами которых будут наши изменяющие форму молекулы», — говорит Дарвиш. Мир физики.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/