混合动力纳米马达

研究人员创新性地设计出既可由化学能驱动又可由磁力驱动的混合动力纳米马达,成功实现人造纳米马达的多动力来源和机械行为可控操纵。

人类文明的进步常以先进机械的发明为标志,纳米马达(Nanomotor)作为纳米机械化的先导,顺理成章地成为学术界内最活跃的研究课题之一。然而如何在纳米尺度上实现纳米马达的高能源利用效率并精确操控其机械行为依然是当前纳米科技面临的巨大挑战。

最近来自美国加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的Wang教授及其研究团队首次提出了混合动力纳米马达(Hybrid Nanomotor)的设计理念并展示了该团队在解决马达动力来源以及在纳米尺度上对马达可控操纵所作的尝试。

研究人员借鉴了混合动力汽车(Hybrid Vehicle)的构想,基于预先设计的由Pt-Au-Ag-Ni构成的多片段纳米线(Multisegment Nanowire),创新性地合成出既可由化学能驱动又可由磁力驱动的混合动力纳米马达。该设计的巧妙之处在于:纳米线中的Pt-Au片段可催化过氧化氢的分解从而获得催化驱动(Catalytic Propulsion);Ag-Ni片段中铁磁性的镍在外界磁场中可产生磁力驱动(Magnetic Propulsion)。同时,研究人员发现该混合动力马达在任意单一驱动的情况下运行良好,说明了混合动力的设计并不会影响其中任一动力的驱动。此外,研究人员还利用这两种驱动下的复合纳米马达会产生方向相反的机械运动的特点,发现(在双驱动的模式下)其中任一种驱动力的变动都可以调控该纳米马达的移动速度和方向。更有趣的是,当催化驱动失效的时候(比如过氧化氢燃料缺乏或者高离子强度下导致催化驱动失效),该复合纳米马达仍可以灵活地选择以磁力驱动的方式继续运转。上述研究表明了混合动力纳米马达具有优于单一动力马达的多能量来源、可操控性以及环境适应能力。该混合动力纳米马达有望在未来可自我调控纳米汽车的设计中发挥重要作用。 

 

W. Gao, et al. Small 2011, DOI: 10.1002/smll.201100213.

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