Phân tử đơn chế tạo cảm biến lực và áp suất nhạy

Các nhà nghiên cứu ở Úc đã phát hiện và kiểm soát những thay đổi về hình dạng của một phân tử đơn lẻ để phản ứng với một lực cơ học tác dụng. Thành tựu này có thể cho phép phát triển các cảm biến áp suất và gia tốc kế thu nhỏ có thể cấy ghép cho ngành công nghiệp điện tử.

Phân tử được đề cập, bullavene, là một hydrocarbon có công thức hóa học C₁₀H₁₀. Điều quan trọng là nó có tính áp điện, nghĩa là điện trở của nó thay đổi để đáp ứng với biến dạng cơ học. Trong trường hợp của bullavene, sự căng thẳng này xảy ra khi phân tử thay đổi giữa các hình dạng khác nhau hoặc các đồng phân có thể có của nó, làm thay đổi khả năng kết nối giữa các nguyên tử của nó và tạo ra sự thay đổi có thể đo được trong điện trở của nó.

Các nhà nghiên cứu đã chọn khám phá hành vi áp điện ở bullavene vì nó trải qua những thay đổi hình dạng lớn bất thường do các quá trình được gọi là đồng phân cấu tạo và hình dạng. “Cái trước liên quan đến việc sắp xếp lại các cấu trúc liên kết trong khi cái sau liên quan đến các phân tử chỉ đơn giản là 'lắc lư xung quanh'," giải thích Jeffrey Reimers, một nhà hóa học ở Đại học Công nghệ Sydney người đã dẫn dắt cuộc nghiên cứu cùng với Nadim Darwish of Đại học Curtin, Daniel Kosov of Đại học James Cook và Thomas Fallon của Đại học Newcastle.

Để đo điện trở thay đổi của bullavene, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các chất gắn hóa học gọi là dialls để liên kết phân tử này với các điểm tiếp xúc vàng cách nhau 7 đến 15 angstrom. Khi các điểm tiếp xúc vàng này di chuyển, phân tử vẫn liên kết với chúng, nhưng sức căng cơ học mà nó gặp phải khiến nó tạo thành một đồng phân mới có hình dạng khác. Sự thay đổi hình dạng này làm thay đổi dòng điện qua phân tử và các nhà nghiên cứu có thể đo những thay đổi này bằng kính hiển vi quét đường hầm.

Cảm biến thu nhỏ và thời gian tính bằng mili giây

Piezoresistors đã được triển khai rộng rãi trong một loạt ứng dụng, bao gồm máy dò rung trong thiết bị điện tử, máy đếm bước chân trong điện thoại thông minh, bộ kích hoạt túi khí ô tô và cảm biến y tế cấy ghép. Vì các phân tử bullavene quá nhỏ nên chúng có thể được sử dụng để tạo ra phiên bản thu nhỏ của các thiết bị thông thường này. Darwish cho biết, cảm biến dựa trên bullavene cũng có thể phát hiện sự hiện diện của các hóa chất hoặc phân tử sinh học khác như protein hoặc enzyme – những thứ có thể quan trọng để phát hiện bệnh tật.

Cảm biến áp suất có thể đeo được mở rộng phạm vi hoạt động của chúng

Các nhà nghiên cứu, người trình bày chi tiết công việc của họ trong Nature Communications, nói rằng họ có thể dự tính tạo ra các thiết bị nhỏ từ 3 đến 100 nm² phát hiện các lực và áp suất bên ngoài chỉ bằng cách đo sự thay đổi điện trở. Kosov cho biết thêm, một tính năng hữu ích khác là các áp điện trở có thể được tạo ra để dao động ở tần số 800 Hz, nghĩa là chúng có thể được sử dụng để giám sát các quá trình xảy ra trong khoảng thời gian tính bằng mili giây.

Giai đoạn tiếp theo trong công việc của nhóm sẽ liên quan đến việc chuyển giao công nghệ từ thí nghiệm kính hiển vi đắt tiền sang nền tảng cảm biến rẻ tiền. Darwish nói: “Điều này sẽ yêu cầu chúng tôi phát triển các cảm biến điện cực nano có thành phần hoạt động là các phân tử thay đổi hình dạng của chúng tôi”. Thế giới vật lý.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/