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英文来自(http://physicsworld.com/cws/article/news/36627
来自美国的研究者用计算机模拟后指出电子的量子隧穿能够驱动纳米尺度的旋转马达。尽管这没有被试验所证实,但这个研究团队表示这和生物马达的自然工作很相似。
在未来的某一天,微小的自组装纳米机器人能够执行广泛的任务,如装配微电子线路或者把药物输送到身体的某一部位。但是在实现之前纳米的工程技术人员必须提出实际的驱动这些元件的方案——有些事情是很困难的因为传统的马达不能被缩小到纳米尺度。
自然界中存在着大量的纳米马达,例如有些细菌和微生物用纳米马达驱动的鞭子似的结构来推动自己。这样,研究者从生物马达里寻找灵感就很正常了。
质子的量子隧穿效应被认为是生物马达能够工作的关键。现在来自University of Illinois at Chicago 的 Petr Král
他们的团队用分子动力学计算机模拟纳米发动机模型,这包括以一个分子为轴心、末端是引导“叶片”的碳纳米管的轴状物。除了一次只允许一个电子在静电极两端穿过并推动叶片外,它完全和水车相似。
当一个电子通过叶片,这个装置旋转60度或者120度(这取决于叶片的造型)。叶片的旋转来自靠近电极的叶片的充放电过程形成一个穿过转子的净电偶极距。电偶极距受到正负两极形成的电场的作用而具有扭力矩,从而驱动转子。
这个机械装置和很多生物马达的工作方式很类似,Král 告诉 physicsworld.com 网站:“我们的马达需要电子一个个的通过并转动而生物马达需要的是质子。
这个团队如此的装置是robust(精力充沛),因为单个原子的缺陷不会影响马达的机械性质,这对于批量生产是很重要的。它们应当能够在室温下工作,这对于应用于真实世界是至关重要的。
电子的量子隧穿驱动三叶片(左)或六叶片(右)的纳米马达,标有“P”的红色箭头代表偶极矩。
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GMT+8, 2024-9-1 10:18
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