世界首个单分子电动马达在美问世

2011-9-06 18:04 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网9月5日(北京时间)报道,美国塔夫斯大学文理学院化学家用单个丁基甲基硫醚分子,制造出世界上第一个电动分子马达,其旋转方向和速率都能实时监控,有望为医疗、工程等领域的微型器械提供动力。研究论文发表在9月4日的《自然·纳米技术》上。

  该电动分子马达仅1纳米宽,打破了现有最小马达200纳米的世界纪录,研究人员正为该马达申请吉尼斯世界纪录。马达的主要部件是丁基甲基硫醚分子,它的硫基能吸附在铜板表面,剩下5个烃基就像硫基的两条不对称手臂,一边有4个而另一边有1个,用低温扫描隧道显微镜上面的金属针给它提供一个电荷,两条碳链就能围绕硫铜连接点自由旋转。显微镜的金属针作为一个电极,负责向分子输送电流,引导分子旋转方向。

  论文作者之一、塔夫斯大学化学副教授E·查尔斯·H·塞克斯介绍说,要把单个分子作为一个分子机器的组成部分,必须给单个分子接上外加电源,让它按照规定的方向运动。目前尽管已有一些理论方案,但真正的电动分子马达一直未能制造出来。“我们造出了第一个由光和化学反应来供电的分子马达,让它有目的而不是随机地做些事情。”

  研究小组还能通过温度控制,直接影响分子的旋转速度,分子的旋转方向和旋转速率可以实时监控。他们发现,5开氏度(约-268摄氏度)是马达运动的最理想温度。在高温下马达旋转太快,难以测量和控制它的转速。

  研究人员还指出,尽管电动分子马达有很多实际应用,但还要解决温度方面的难题才能更好地控制它的转动。塞克斯说:“如果能更好地控制温度,让马达在合适温度下运转,它就能在传感器、微管设备等医疗器械中发挥实际作用。在微观领域,液体对管壁的摩擦力会变得很明显,如果管壁装上马达,就能促进液体顺畅流通。如果把分子运动和电信号连接在一起,还能在纳米电路中产生微小的传动作用,这种传动可用于手机等产品的微型延迟线中。”