Одна молекула створює чутливий датчик тиску та сили – Physics World

Дослідники в Австралії виявили та контролювали зміни форми однієї молекули у відповідь на прикладену механічну силу. Цей подвиг може дозволити розробку мініатюрних імплантованих датчиків тиску та акселерометрів для електронної промисловості.

Молекула, про яку йде мова, буллавен, є вуглеводнем з хімічною формулою C₁₀H₁₀. Важливо, що він є п’єзорезистивним, тобто його електричний опір змінюється у відповідь на механічне напруження. У випадку Буллавена ця деформація виникає, коли молекула змінює різні можливі форми або ізомери, змінюючи зв’язок між її атомами та викликаючи вимірювану зміну її електричного опору.

Дослідники вирішили вивчити п’єзорезистивну поведінку буллавену, оскільки він зазнає надзвичайно великих змін форми через процеси, відомі як конституційна та конформаційна ізомерія. «Перший передбачає перебудову топології зв’язку, тоді як другий включає молекули, які просто «плюхаються», — пояснює Джеффрі Реймерс, хімік в Технологічний університет Сіднея який керував дослідженням разом з Надім Дарвіш of Університет Куртін, Данило Косов of Університет Джеймса Кука та Томас Феллон в Університет Ньюкасла.

Щоб виміряти змінний опір буллавена, команда використовувала хімічні приєднання, які називаються діарилами, щоб зв’язати молекулу із золотими контактами на відстані від 7 до 15 ангстрем. Коли ці золоті контакти рухаються, молекула залишається зв’язаною з ними, але механічне напруження, яке вона відчуває, змушує її утворювати новий ізомер іншої форми. Ця зміна форми змінює потік електрики через молекулу, і дослідники змогли виміряти ці зміни за допомогою скануючої тунельної мікроскопії.

Мініатюрні датчики та шкали часу в мілісекундах

П’єзорезистори вже широко застосовуються в ряді застосувань, включаючи детектори вібрації в електронних пристроях, крокоміри в смартфонах, тригери автомобільних подушок безпеки та імплантовані медичні датчики. Оскільки молекули буллавену такі малі, їх можна використовувати для створення мініатюрних версій цих звичайних пристроїв. Датчик на основі bullavene може також виявляти присутність інших хімічних речовин або біомолекул, таких як білки або ферменти – те, що може бути важливим для виявлення захворювань, каже Дарвіш.

Носимі датчики тиску розширюють свій діапазон

Дослідники, які детально описують свою роботу в Природа зв'язкукажуть, що вони можуть передбачити створення пристроїв розміром від 3 до 100 нм² які виявляють зовнішні сили та тиск, просто вимірюючи зміни опору. Ще одна корисна функція, додає Косов, полягає в тому, що п’єзорезистори можуть коливатися з частотою 800 Гц, що означає, що їх можна використовувати для моніторингу процесів, які відбуваються на мілісекундних шкалах часу.

Наступні етапи роботи команди включатимуть перенесення технології з дорогого мікроскопічного експерименту на дешеву сенсорну платформу. «Це вимагатиме від нас розробки наноелектродних датчиків, активними елементами яких є наші молекули, що змінюють форму», — розповідає Дарвіш. Світ фізики.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/