<<
>>

Проекты наномоторов

  Дальнейшее развитие нанотехнологий и НЭМС невозможно без эффективных наноразмерных двигателей. Сегодня разработано и продолжает разрабатываться огромное количество различных проектов нанодвигателей, которые также называют наноактюаторами.
Рассмотрим некоторые из них.

Вращательный наноактюатор на основе АТФазы

АТФаза — это природный фермент, который можно найти практически в любом организме. Ферменты служат для расщепления белков, жиров, углеродов.

АТФаза состоит из двух отдельных частей: гидрофобной (водоотталкивающей) и гидрофильной (водопритягивающей) части, ответственной за синтез и гидролиз АТФ. В процессе синтеза/гидролиза АТФ происходит вращение центральной субъединицы. Хотя еще не до конца известна природа этого вращения, но по сути это готовый биологический наномотор!

Перепечатано с http://domino.research.ibm.com

Электростатические наноактюаторы

Исследователи из США создали модель вращательного наноактюатора, исполь-зую- щего лазер как источник энергии.

Наномотор состоит из двух концентрических графитовых цилиндров (наподобие двух нанотрубок, одна из которых расположена внутри другой): ротора и статора. При этом к ротору диаметрально противоположно присоединены два электрических заряда. Движение произво-дится благодаря переменному излучению двух лазеров.

Наноактюатор на основе молекулы ДНК

Этот актюатор изготовлен из молекулы ДНК, к одному концу которой прикреплена светоизлучающая органическая молекула, а к другому — светопоглощающая. Когда цепь ДНК выпрямляется, излучающая и поглощающая молекулы разделяются и система излучает свет, и наоборот. Исследователи пытаются использовать в качестве нанодвигателей молекулы актина и кинезина — основные двигательные молекулы живых организмов.

Следующая стадия — модель саркомера (единицы мышечной структуры).

Проект диэлектрофорезного наномотора

Здесь используется притягивание или отталкивание частиц от электродов в сильном неоднородном электростатическом поле. В Калифорнийском университете были проведены эксперименты по перемещению нанотрубок и молекул ДНК посредством диэлектрофореза в водных растворах. Электроды были сделаны из нанотрубок. Промежуток между электродами составлял 10 нм, подаваемое напряжение — 1 В. На концах электродов образовалось сильное неоднородное электростатическое поле, притягивающее частицы. Нанотрубки-электроды образуют статор, наночастицы в центре — ротор. Если подавать на электроды переменное напряжение, наночастица будет вращаться, причем ее положение напрямую зависит от величины напряжения, подводимого к электродам.

www.nanonewsnet.ru

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

Наномотор на эффекте поверхностного натяжения

Физики из США построили первый наноэлектромеханический актюатор, который использует эффекты поверхностного натяжения. Он состоит из двух капель жидкого металла на поверхности углеродных нанотрубок и приводится в движение слабым электромагнитным полем. Алекс Зеттл считает, что новый наномотор послужит приводным устройством для различных НЭМС.

Поверхностное натяжение играет большую роль в наноразмерном диапазоне. Уже в микронных масштабах оно играет доминирующую роль, по сравению с другими силами. Вот почему, например, некоторые насекомые могут ходить по поверхности воды. Слабое электромагнитное поле может изменять поверхностное натяжение капель жидкости, и это применяется в таких устройствах, как струйные принтеры. Но до сих пор эту силу не рассматривали в качестве движущей.

Актюатор состоит из “большой” капли жидкого индия диаметром 90 нм и “маленькой” диаметром 30 нм. Электрический ток, протекающий по нанотрубке, вызывает миграцию отдельных атомов капель вдоль нанотрубки от капли I к капле II (направление показано маленькой стрелкой).

Радиус маленькой капли II увеличивается быстрее, чем уменьшается радиус капли I. Процесс длится до тех пор, пока капли не соприкасаются друг с другом. Силы поверхностного натяжения заставляют капли поменяться местами, используя созданный касанием

гидродинамический канал. Затем цикл повторяется. Частота перемещения капель зависит от величины постоянного напряжения, приложенного к нанотрубке.

В работающем наномоторе цикл обмена каплями протекает за 200 пикосекунд при напряжении в 1.3 В.

Наномотор на основе нанотрубок и золотых электродов

В университете Беркли (Калифорния) сконструирован действующий электростатический наномотор размером в 500 нм. Ротор мотора изготовлен из золота и закреплен на многослойной нанотрубке.

Две нанотрубки, вставленные меньшая в большую, образуют подшипник. Толщина ротора — 5-10 нм. Два заряженных статора, также изготовленных из золота, расположены на кремниевой поверхности. Примерная скорость вращения такого наномотора около 30 оборотов в секунду.

Ротор на основе нанотрубки

Корейский университет планирует в течение 7 лет создать насос и актюатор на основе вложенных нанотрубок. При вращении одной нанотрубки внутри другой сила трения ничтожно мала, а трение на поверхности нанотрубки в газовом потоке велико. Используя разницу в силах трения, можно заставить вращаться внешнюю нанотрубку, воздействуя на нее газом. Если внутренний слой многослойной нанотрубки провернуть, она воз-вращается в прежнее положение благодаря электростатике. При этом она движется маятникообразно с частотой несколько МГц, что позволит сделать насос, нагнетающий в другую нанотрубку газ, заставляя ее вращаться.

Туннельный электростатический наномотор Дрекслера

Этот проект описан в книге Дрекслера “Наносистемы”.

Мотор состоит из двух электродов статора: положительного и

www.nanonewsnet.ru

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ отрицательного, и диэлектрического ротора, в который включен ряд нанопроводников-электродов.

Электроды статора имеют две различные поверхности: с высокой и низкой работой выхода электродов. При подаче напряжения на электроды статора нанопроводники ротора заряжаются через туннельные промежутки, причем неодинаково из-за разной работы выхода электронов с поверхностей. Взаимодействие неоднородного распределенного по ротору заряда с электрическим полем статора вызывает вращение наномотора.

Для мотора диаметром 25 нм Дрекслер рассчитал следующие характеристики: напряжение питания 10В, ток статора 110 нА, скорость ротора 1000 м/с. При этом наномотор потреблял бы мощность около 1,1мВт. Плотность мощности составляла бы величину, больше чем 1015 Вт/м3, что сравнимо с плотностью мощности макроскопических электромоторов.

В заключение этой главы отметим, что сегодня темпы роста мировых продаж изделий MEMS ежегодно удваиваются, что ставит эту отрасль в один ряд с так называемыми “критическими” технологиями, определяющими уровень развития экономики.

<< | >>
Источник: Мария Рыбалкина. НАНОТЕХНОЛОГИИдля всех. 2005

Еще по теме Проекты наномоторов:

  1. Небывалые возможности
  2. Проекты наномоторов