โมเลกุลเดี่ยวสร้างเซ็นเซอร์รับแรงกดและแรงที่ละเอียดอ่อน - โลกฟิสิกส์

โมเลกุลเดี่ยวสร้างเซ็นเซอร์รับแรงกดและแรงที่ละเอียดอ่อน - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 15 พฤศจิกายน 2023 11:36 น

การวาดโมเลกุลบูลลาเวนและการจัดเรียงใหม่ที่เกิดขึ้น
พลิกไปรอบๆ: ภาพวาดของโมเลกุลบูลาเวนและการจัดเรียงใหม่ที่เกิดขึ้นเมื่อมันเปลี่ยนเป็นรูปร่างหรือไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกัน (เอื้อเฟื้อโดย: วิกิพีเดีย/รูปภาพที่เป็นสาธารณสมบัติ)

นักวิจัยในออสเตรเลียตรวจพบและควบคุมการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโมเลกุลเดี่ยวเพื่อตอบสนองต่อแรงทางกลที่ใช้ ความสำเร็จดังกล่าวสามารถทำให้เกิดการพัฒนาเซ็นเซอร์ความดันและเครื่องวัดความเร่งแบบฝังขนาดจิ๋วสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

โมเลกุลที่เป็นปัญหาคือบูลเวนเป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีสูตรทางเคมี C10H10. ที่สำคัญคือเป็นตัวต้านทานแบบพายโซรีซิสทีฟ ซึ่งหมายความว่าความต้านทานไฟฟ้าจะเปลี่ยนไปตามความเครียดทางกล ในกรณีของบูลลาเวน สายพันธุ์นี้เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลเปลี่ยนแปลงระหว่างรูปร่างที่เป็นไปได้หรือไอโซเมอร์ที่แตกต่างกัน ทำให้การเชื่อมต่อระหว่างอะตอมเปลี่ยนแปลงไป และทำให้เกิดความแปรผันที่วัดได้ในความต้านทานไฟฟ้า

นักวิจัยเลือกที่จะสำรวจพฤติกรรม piezoresistive ใน bullavene เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่มีขนาดใหญ่ผิดปกติเนื่องจากกระบวนการที่เรียกว่า isomerism ตามรัฐธรรมนูญและตามโครงสร้าง “แบบแรกเกี่ยวข้องกับการจัดเรียงโทโพโลยีพันธะใหม่ ในขณะที่แบบหลังเกี่ยวข้องกับโมเลกุลเพียงแค่ 'ล้มไปรอบ ๆ'” อธิบาย เจฟฟรีย์ ไรเมอร์ส, นักเคมีที่ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีซิดนีย์ ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษาร่วมกับ นาดิม ดาร์วิช of Curtin University, ดาเนียล โคซอฟ of มหาวิทยาลัยเจมส์คุก และ โทมัส ฟอลลอน ของ มหาวิทยาลัยนิวคาสเซิ.

ศึกษาผู้นำร่วม นาดิม ดาร์วิช
นาดิม ดาร์วิช. ขอขอบคุณ: มหาวิทยาลัยเคอร์ติน

เพื่อวัดความต้านทานการเปลี่ยนแปลงของบูลลาเวน ทีมงานได้ใช้สิ่งที่แนบมาทางเคมีที่เรียกว่าไดอาริลเพื่อจับโมเลกุลกับทองคำที่สัมผัสกัน 7 ถึง 15 อังสตรอม เมื่อหน้าสัมผัสทองคำเหล่านี้เคลื่อนที่ โมเลกุลจะยังคงเกาะติดกับพวกมัน แต่ความเครียดเชิงกลที่มันประสบทำให้มันสร้างไอโซเมอร์ใหม่ที่มีรูปร่างแตกต่างออกไป การเปลี่ยนแปลงรูปร่างนี้จะปรับเปลี่ยนการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านโมเลกุล และนักวิจัยก็สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกน

เซ็นเซอร์ขนาดเล็กและมาตราส่วนเวลาระดับมิลลิวินาที

ไพโซรีซิสเตอร์มีการใช้งานอย่างแพร่หลายอยู่แล้วในการใช้งานหลายประเภท รวมถึงเครื่องตรวจจับการสั่นสะเทือนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องวัดจำนวนก้าวในสมาร์ทโฟน ทริกเกอร์สำหรับถุงลมนิรภัยในรถยนต์ และเซ็นเซอร์ทางการแพทย์แบบฝัง เนื่องจากโมเลกุลบูลลาเวนมีขนาดเล็กมาก จึงสามารถนำมาใช้สร้างอุปกรณ์ทั่วไปในเวอร์ชันย่อส่วนได้ เซ็นเซอร์ที่ใช้บูลลาเวนยังสามารถตรวจจับการมีอยู่ของสารเคมีหรือชีวโมเลกุลอื่นๆ เช่น โปรตีนหรือเอนไซม์ ซึ่งเป็นสิ่งที่อาจมีความสำคัญในการตรวจหาโรค Darwish กล่าว

นักวิจัยซึ่งให้รายละเอียดงานของพวกเขาใน การสื่อสารธรรมชาติกล่าวว่าพวกเขาสามารถจินตนาการถึงการสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กถึง 3 ถึง 100 นาโนเมตร2 ที่ตรวจจับแรงและแรงกดดันภายนอกได้ง่ายๆ โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทาน Kosov กล่าวเสริมว่าคุณลักษณะที่เป็นประโยชน์อีกประการหนึ่งก็คือ piezoresistor สามารถแกว่งได้ที่ 800 Hz ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เพื่อติดตามกระบวนการที่เกิดขึ้นในช่วงเวลามิลลิวินาทีได้

ขั้นตอนต่อไปในการทำงานของทีมจะเกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดเทคโนโลยีจากการทดลองด้วยกล้องจุลทรรศน์ราคาแพงไปยังแพลตฟอร์มการตรวจจับราคาถูก “สิ่งนี้จะทำให้เราต้องพัฒนาเซ็นเซอร์นาโนอิเล็กโทรดซึ่งมีองค์ประกอบที่ทำงานอยู่คือโมเลกุลที่เปลี่ยนรูปร่างของเรา” Darwish กล่าว โลกฟิสิกส์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์