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碳納米管成就“完美”納米機(jī)器

作者：中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司來源：http://m.chun-tian.cn 日期：2016-10-20 10:49:05

分子大小的裝置或能在未來幫助我們控制身體中重要的生理機(jī)制。近日，來自加州大學(xué)伯克利分校和于默奧大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，將單個(gè)碳原子放進(jìn)了一個(gè)名為納米氣球的器件中，并展示了如何使用靜電將這個(gè)氣球“充氣”以及“折疊”。

可充氣型氣囊致動(dòng)器在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用很廣，例如能頂起建筑的千斤頂、汽車的安全氣囊，氣囊還能在臨床醫(yī)學(xué)中用于擴(kuò)大狹窄或堵塞的動(dòng)脈或靜脈。不過這些都是宏觀世界的應(yīng)用，而在微觀世界中，氣囊一般用作微型的氣動(dòng)裝置，例如蜘蛛中的跳高選手——跳蜘蛛——它們能利用腿上的微小的液壓墊來完成瞬間的跳躍。

如果將尺寸繼續(xù)變小，氣囊致動(dòng)器是不是可能有納米版本呢？目前來說還沒有答案。然而，賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究者為這樣的納米器件提供了理論支持，他們?cè)趲啄昵疤岢隽艘粋€(gè)基于用充放電的方式，來控制碳納米管充氣和放氣的氣囊致動(dòng)器的概念。

而如今哈米德·禮·巴澤加爾（Hamid Reza Barzegar）和他的同事們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)了這樣的構(gòu)想。他們還在學(xué)術(shù)期刊《Nano Letters》上發(fā)表了一篇論文，闡述了他們?nèi)绾卫玫碗妷嚎刂铺技{米管在“折疊”和“充氣”狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

碳納米管無缺陷的性質(zhì)對(duì)于這種應(yīng)用簡直就是天作之合，這意味著這樣的氣囊致動(dòng)器在使用環(huán)節(jié)中將沒有疲勞和損耗。除了他們自己以外，也有其他研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這種氣囊致動(dòng)器在幾次使用周期之后，沒有出現(xiàn)性能下降的情況。

那么哈米德·禮·巴澤加爾是何許人也呢？他在于默奧大學(xué)拿到物理學(xué)了博士學(xué)位，現(xiàn)在在加州大學(xué)伯克利分校的阿歷克斯·澤特爾（Alex Zettl）教授的研究團(tuán)隊(duì)中從事研究的工作。

談及自己的發(fā)現(xiàn)，他激動(dòng)地說：“從理論上來說，這樣的研究就已經(jīng)很有意思了，并且我們從中能探求到使用外部刺激在納米尺寸下控制運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。此項(xiàng)研究對(duì)于基礎(chǔ)物理學(xué)的研究也意義重大，它能幫助我們理解電容效應(yīng)以及靜電場力如何能控制分子結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。”

來自默奧大學(xué)的物理學(xué)副教授，托馬斯·沃格貝里（Thomas Wågberg）也發(fā)表了自己的看法：“長遠(yuǎn)來看，我們的發(fā)現(xiàn)將有助于研發(fā)分子級(jí)別的氣動(dòng)控制技術(shù)，也將有助于設(shè)計(jì)分子級(jí)容器，其開關(guān)機(jī)制可由其表面帶電狀態(tài)的改變而觸發(fā)——最常見的例如改變目標(biāo)分子所在溶液的酸堿度。這將有機(jī)會(huì)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)科技，例如將相對(duì)應(yīng)的藥品精確傳送到身體內(nèi)部器官或腫瘤。”

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