Ena sama molekula tvori občutljiv senzor tlaka in sile – Physics World

Raziskovalci v Avstraliji so zaznali in nadzorovali spremembe oblike posamezne molekule kot odgovor na uporabljeno mehansko silo. Podvig bi lahko omogočil razvoj miniaturiziranih vsadljivih senzorjev tlaka in merilnikov pospeška za elektronsko industrijo.

Zadevna molekula, bulaven, je ogljikovodik s kemijsko formulo C₁₀H₁₀. Pomembno je, da je piezorezistiven, kar pomeni, da se njegov električni upor spreminja kot odziv na mehansko obremenitev. V bullavenovem primeru se ta napetost pojavi, ko se molekula spreminja med svojimi različnimi možnimi oblikami ali izomeri, kar spremeni povezljivost med njenimi atomi in povzroči merljivo spremembo njenega električnega upora.

Raziskovalci so se odločili raziskati piezoresistivno obnašanje v bullavenu, ker je podvržen nenavadno velikim spremembam oblike zaradi procesov, znanih kot ustavna in konformacijska izomerija. "Prvi vključuje preureditev veznih topologij, medtem ko drugi vključuje molekule, ki preprosto 'plahajo naokoli'," pojasnjuje Jeffrey Reimers, kemik na Tehnološka univerza Sydney ki je vodil študijo skupaj z Nadim Darwish of Univerza Curtin, Daniel Kosov of James Cook University in Thomas Fallon od Univerza v Newcastlu.

Za merjenje spreminjajoče se odpornosti bullavena je ekipa uporabila kemične nastavke, imenovane diaril, da je molekulo vezala na zlate kontakte, ki so med seboj oddaljeni od 7 do 15 angstromov. Ko se ti zlati kontakti premaknejo, molekula ostane vezana nanje, vendar mehanska obremenitev, ki jo doživi, ​​povzroči, da tvori nov izomer z drugačno obliko. Ta sprememba oblike spremeni pretok električne energije skozi molekulo in raziskovalci so te spremembe lahko izmerili s pomočjo skenirajoče tunelske mikroskopije.

Miniaturni senzorji in milisekundne časovne lestvice

Piezorezistorji so že široko uporabljeni v številnih aplikacijah, vključno z detektorji vibracij v elektronskih napravah, števci korakov v pametnih telefonih, sprožilci za avtomobilske zračne blazine in vsadljivimi medicinskimi senzorji. Ker so molekule bullavene tako majhne, ​​bi jih lahko uporabili za ustvarjanje miniaturiziranih različic teh običajnih naprav. Senzor na osnovi bullavena bi lahko zaznal tudi prisotnost drugih kemikalij ali biomolekul, kot so beljakovine ali encimi - nekaj, kar bi lahko bilo pomembno za odkrivanje bolezni, pravi Darwish.

Nosljivi senzorji tlaka razširijo svoj doseg

Raziskovalci, ki svoje delo podrobno opisujejo v Nature Communications, pravijo, da si lahko zamislijo ustvarjanje naprav, majhnih od 3 do 100 nm² ki zaznavajo zunanje sile in pritiske preprosto z merjenjem sprememb upora. Druga uporabna lastnost, dodaja Kosov, je, da je mogoče piezoristerje oscilirati pri 800 Hz, kar pomeni, da bi jih lahko uporabili za spremljanje procesov, ki se odvijajo v milisekundnih časovnih okvirih.

Naslednje faze v delu ekipe bodo vključevale prenos tehnologije iz dragega mikroskopskega eksperimenta v poceni platformo za zaznavanje. "Zaradi tega bomo morali razviti nanoelektrodne senzorje, katerih aktivni elementi so naše molekule, ki spreminjajo obliko," pravi Darwish Svet fizike.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/