Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Nanocars tatt for en tøff tur: Enkeltmolekylbiler testet i friluft

Anonim

Hvis du kjører en nanocar på den åpne veien, er ting bundet til å bli klissete.

annonse


Rice University forskere som utviklet de første nanocars og kollegaer på North Carolina State University funnet i nyere tester som kjører sine kjøretøy under omgivelsesforhold - utsatt for friluft, snarere enn et vakuum - ble dicey etter en tid fordi det hydrofobe enkeltmolekylet biler stakk til "veien" og skapte hva som utgjorde store fartshull.

Funnene ble rapportert i American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry C.

Arbeidet fra Rice Chemist James Tour, NC State Analytical Chemist Gufeng Wang og deres kolleger kom som Rice forbereder seg til å delta i det første NanoCar Race i Toulouse, Frankrike, i oktober. Risforskere er medlemmer av et av fem internasjonale lag som planlegger å delta i konkurransen.

På samme måte som i makroverdenen er kjøreforhold viktige for å flytte nanokarer. Selv om løpet løper i et ekstremt kaldt vakuum, syntes risforskerne det lurt å studere hvordan deres nyeste modell av nanokarer ville gå i en mer naturlig setting.

"Vårt langsiktige mål er å lage nanomaskiner som opererer i omgivende miljøer, " sa Tour. "Det er da de vil vise potensial til å bli nyttige verktøy for medisin og bottom-up produksjon."

Den nyeste generasjonen av ris nanocars har adamantan hjul som er litt hydrofob (vannavvisende). Tour sa at noe hydrofobicitet er viktig for å holde nanocars festet til en overflate, men hvis dekkene er for hydrofob, kan bilene bli permanent immobilisert. Det skyldes at hydrofobe ting har en tendens til å holde seg sammen for å minimere mengden overflateareal som er i kontakt med vann. Ting som er hydrofile, eller vannsklier, er mer mottagelige for å flyte fritt i vann, sa Tour.

I de siste risetester med de nye dekkene ble nanokarene plassert på overflater som var enten rent glass eller glass belagt med polymerpolyetylenglykol (PEG). Glass er det mest brukte stoffet i nanokarforskning. Tour sa at de PEG-belagte glassglassene ble brukt til deres anti-fouling - nonsticky - egenskaper, mens de rene glassglassene ble behandlet med hydrogenperoksid slik at de hydrofobe hjulene ikke ville holde fast.

Han sa at bilene ikke ble så mye drevet som å gjennomføre "dirigert diffusjon" i testene. Poenget, sa han, var å etablere kinetikken til nanocarbevegelsen og forstå den potensielle energioverflaten mellom bilen og overflaten over tid.

"Vi vil vite hva som gjør en nanokar" treffer bremsene "og hvor mye ekstern energi vi må søke for å begynne å flytte igjen, " sa han.

Forskerne la sine biler løpe fritt på en solid overflate utsatt for luften og spore bevegelsene sine med spennende innebygde fluorescerende merker.

Bilene som flyttet via brunisk diffusjon, ble redusert i løpet av de 24 timene som lysbildene var under observasjon. Tour sa lysbilder absorbert molekyler fra luften; Etter hvert som flere og flere av disse molekylene sitter fast på overflaten, blir lysbildene gradvis mer "skitne" gjennom hele forsøket. Hver nanokar er et enkelt, komplekst molekyl som inneholder bare noen få hundre atomer, så alle andre molekyler de møter på veien er store hindringer som virker som klebrig skum. Hver kollisjon med en av disse hindringene gjør at nanokaret senkes, og til slutt blir bilene permanent fast.

Wang sa at fra et energiperspektiv - det er det energiske forholdet mellom molekylbilene og de som utgjør veien - molekyler som er adsorbert fra luft, genererer mange potensielle energiløsninger, akkurat som pytter på den potensielle energioverflaten. Disse pyttene kan sakte eller permanent fange nanokerne.

Test viste at nesten dobbelt så mange av bilene syntes å bevege seg på de nonsticking PEG lysbildene, og alle flyttet litt raskere enn de på det blanke glasset.

Forskerne bemerket at de ikke kunne se de nye modellene med skanningstunnelmikroskoper fordi de bare jobber i vakuum og de gir energi som kan påvirke bevegelsen til bilene. Av denne grunn merket forskerne hver nanokar med en fluorescerende markør og brukte konfokale mikroskoper for å spore bilens bevegelser.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Rice University . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Fang Chen, Víctor García-López, Tao Jin, Bhanu Neupane, Pin-Lei E. Chu, James Tour, Gufeng Wang. Flytende kinetikk av nanocars med hydrofobe hjul på faste overflater ved omgivende forhold . Journal of Physical Chemistry C, 2016; 120 (20): 10887 DOI: 10, 1021 / acs.jpcc.6b01249