Самый маленький и быстрый наномотор: 1 мкм, 18 000 RPM
- четверг, 22 мая 2014 г. в 03:10:53
http://habrahabr.ru/post/223569/
Специалисты из Техасского университета в Остине собрали самый маленький и быстрый в мире искусственный мотор. По заявлениям разработчиков, мотор размером 1 микрометр вращался 15 часов, разгоняясь до 18 000 RPM (300 оборотов в секунду). Общее количество оборотов превысило 240 000. Это значительное достижение, потому что предыдущие модели таких моторов вращались не более чем на 5000 RPM всего несколько минут.
Наномоторы изготовлены из трёх базовых компонентов: крошечная проволока Au/Ni/Au работает как ротор, располагаясь на магните Au/M/Cr с квадрупольной системой из четырёх микроэлектродов, соединёнными попарно. Они играют роль статора. В составе магнита M — это магнитный материал, например, никель и кобальт. Верхний слой золота используется для регулировки расстояния между магнитом и нанопроволокой, чтобы изменять магнитное притяжение на роторе.
Трёхслойный магнит — ключевой компонент системы. Магнитное притяжение регулируется настолько точно, что магнит способен притянуть проволоку к основанию, но не настолько сильно, чтобы помешать её вращению.
Инженерам удалось решить две ключевые проблемы: автоматическую сборку наномоторов и управление их движением. Сборку производили с помощью новой техники «электрического пинцета», которая позволяет помещать наночастицы в субстрате по произвольным траекториям с точностью 150 нм, контролируя их угол и скорость в пульсирующем токе (см. иллюстрацию c).
Эксперимент показал, что можно дистанционно изменять угол наклона наномоторов и управлять скоростью вращения роторов. В том числе одновременно управляя группой моторов. Скорость вращения напрямую зависит от квадрата напряжённости электрического поля.
Разработка эффективных наномоторов — важнейший этап на пути к созданию наноэлектромеханических систем (NEMS), которые в будущем будут выполнять медицинские операции. Например, осуществлять инъекции медицинских препаратов внутри человеческого тела или даже искать и удалять больные клетки из организма, как это показано на иллюстрации Техасского университета в Остине.
Учёные подчёркивают, что максимальную скорость вращения проверяли чисто ради эксперимента, чтобы оценить надёжность конструкции. На практике настолько быстро вращающиеся металлические детали внутри организма вряд ли принесут пользу.
Научная работа опубликована в апрельском выпуске журнала Nature Communications (зеркало).
Специалисты из Техасского университета в Остине собрали самый маленький и быстрый в мире искусственный мотор. По заявлениям разработчиков, мотор размером 1 микрометр вращался 15 часов, разгоняясь до 18 000 RPM (300 оборотов в секунду). Общее количество оборотов превысило 240 000. Это значительное достижение, потому что предыдущие модели таких моторов вращались не более чем на 5000 RPM всего несколько минут.
Наномоторы изготовлены из трёх базовых компонентов: крошечная проволока Au/Ni/Au работает как ротор, располагаясь на магните Au/M/Cr с квадрупольной системой из четырёх микроэлектродов, соединёнными попарно. Они играют роль статора. В составе магнита M — это магнитный материал, например, никель и кобальт. Верхний слой золота используется для регулировки расстояния между магнитом и нанопроволокой, чтобы изменять магнитное притяжение на роторе.
Трёхслойный магнит — ключевой компонент системы. Магнитное притяжение регулируется настолько точно, что магнит способен притянуть проволоку к основанию, но не настолько сильно, чтобы помешать её вращению.
Инженерам удалось решить две ключевые проблемы: автоматическую сборку наномоторов и управление их движением. Сборку производили с помощью новой техники «электрического пинцета», которая позволяет помещать наночастицы в субстрате по произвольным траекториям с точностью 150 нм, контролируя их угол и скорость в пульсирующем токе (см. иллюстрацию c).
Эксперимент показал, что можно дистанционно изменять угол наклона наномоторов и управлять скоростью вращения роторов. В том числе одновременно управляя группой моторов. Скорость вращения напрямую зависит от квадрата напряжённости электрического поля.
Разработка эффективных наномоторов — важнейший этап на пути к созданию наноэлектромеханических систем (NEMS), которые в будущем будут выполнять медицинские операции. Например, осуществлять инъекции медицинских препаратов внутри человеческого тела или даже искать и удалять больные клетки из организма, как это показано на иллюстрации Техасского университета в Остине.
Учёные подчёркивают, что максимальную скорость вращения проверяли чисто ради эксперимента, чтобы оценить надёжность конструкции. На практике настолько быстро вращающиеся металлические детали внутри организма вряд ли принесут пользу.
Научная работа опубликована в апрельском выпуске журнала Nature Communications (зеркало).