المصدر: جامعة تكساس في أوستن
المحركات موجودة في كل مكان في حياتنا اليومية – من السيارات إلى الغسالات ، حتى ولو نادرًا ما كنا نلاحظها. في المجال العلمي المستقبلي تعمل على تطوير محركات صغيرة يمكنها تشغيل شبكة من الآلات النانوية واستبدال بعض مصادر الطاقة التي نستخدمها حاليًا في الأجهزة الإلكترونية.
ابتكر باحثون من كلية كوكريل للهندسة بجامعة تكساس في أوستن أول محرك نانوي بصري ذي حالة صلبة. جميع التكرارات السابقة لهذه المحركات التي تعمل بالضوء موجودة في محلول من المحاليل ، مما يحد من إمكاناتها عند تطبيقها في العالم الحقيقي.
قال يو بينغ تشنغ ، الأستاذ المشارك في قسم ووكر للهندسة الميكانيكية: “بدأت الحياة في الماء وانتقلت في النهاية على الأرض، لقد صنعنا هذه المحركات النانوية الدقيقة التي عاشت دائمًا في المحاليل لتعمل على الأرض، في حالتها الصلبة “.
يتصور العلماء أن استخدام هذه المحركات تساعد على تشغيل مجموعة متنوعة من الأشياء. يمكن أن تكون مفيدة لقياس جودة الهواء، حيث يمكن لحركة الدوران التقاط الغبار والجزيئات الأخرى. يمكنها دفع أجهزة توصيل الأدوية داخل جسم الإنسان. ويمكنها أيضًا تشغيل طائرات صغيرة بدون طيار للمراقبة والقياسات، بالإضافة إلى السيارات الصغيرة الأخرى.
يبلغ عرض المحرك الصغير الجديد أقل من 100 نانومتر (للقياس، يبلغ سمك الورقة حوالي 100000 نانومتر) ، ويمكن أن تدور على ركيزة صلبة تحت إضاءة خفيفة. يمكنها تحويل الضوء إلى طاقة ميكانيكية لمختلف الأنظمة ذات الحالة الصلبة الدقيقة والنانوية الكهروميكانيكية كمحرك خالٍ من الوقود وخالٍ من التروس.
واحدة من أكبر العقبات التي تعوق تنفيذ هذه الأجهزة هي الحركة البراونية، والتي يتم تجنبها عن طريق جلب هذه المحركات النانوية على الأرض وخارج الماء، إذا جاز التعبير. تحدث الحركة البراونية عندما تدفع جزيئات الماء هذه المحركات الصغيرة بعيدًا عن دورانها. كلما كان المحرك أصغر، كان تأثير هذه الحركة أقوى. إزالتها من المحلول في المعادلة يؤدي إلى حل هذه المشكلة بالكامل.
تعد المحركات النانوية جزءًا من مجال كبير ومتطور من مصادر الطاقة المصغرة. إنها بمثابة حل وسط بين الآلات الجزيئية في الطرف الأصغر والمحركات الدقيقة في النهاية الأكبر.
يحظى هذا المجال باهتمام كبير، ولكن في هذه المرحلة، لا يزال الباحثون يحاولون اكتشاف العلوم الأساسية لجعل هذه المحركات الصغيرة أكثر قابلية للتطبيق من خلال زيادة الكفاءة.
السبب الذي يجعل العلماء متحمسين جدًا لهذه المحركات الصغيرة هو أنها تحاكي بعضًا من أهم الهياكل البيولوجية. في الطبيعة، تدفع هذه المحركات على انقسام الخلايا الحية وتساعدها على الحركة. وأنها تندمج لمساعدة الكائنات الحية على الحركة.
قال جينغانغ لي، خريج دكتوراه من مجموعة زينج والمؤلف الرئيسي لهذه الدراسة: “تساعدنا المحركات النانوية على التحكم بدقة في عالم النانو وصنع أشياء جديدة نريدها لعالمنا الحقيقي، من خلال إخراج هذه المحركات من المحلول ووضعها على شرائح، فإن لديها القدرة على استبدال البطاريات في بعض الحالات، باستخدام الضوء فقط لتوليد الحركة الميكانيكية وأجهزة الطاقة”.
نشأ هذا الاختراق من التصميم الجديد وهو عبارة عن طبقة رقيقة من مادة متغيرة الأوجه في المحلول المركز. يمكن اخضاع الفيلم الرقيق لتغيير موضعي والتغيير القابل للعكس من الحالة الصلبة إلى الحالة شبه السائلة عند تعرضها للضوء. يمكن أن يقلل تغيير الحالة هذه من قوة الاحتكاك للمحركات النانوية ويقود إلى الدوران.
كان هذا أول عرض توضيحي للفريق للمحركات التي تستخدام الجسيمات النانوية. للمضي قدمًا، سيستمر الباحثون في تحسين إبداعاتهم، والعمل على تحسين الأداء، من خلال جعلها أكثر استقرارًا ويمكن التحكم فيها، مما يؤدي إلى تحويل الضوء إلى طاقة ميكانيكية بمعدلات أعلى.
المرجع: “المحركات النانوية الضوئية الحرارية على ركائز صلبة” بقلم Jingang Li و Pavana Siddhartha Kollipara و Ya Liu و Kan Yao و Yaoran Liu و Yuebing Zheng ، 20 مايو 2022 ، ACS Nano.
رابط المقال اﻷصلي: https://scitechdaily.com/tiny-motors-take-a-big-step-forward-first-ever-solid-state-optical-nanomotor/
الترجمة بالتصرف من قبل موقع نادي النانو
