با تلاش فنانوران؛

موتور‌های مولکولی با نانولوله‌های کربنی به هم متصل در آینده تولید می‌شود

محققان در راستای درک بهتر مفاهیم طراحی موتور‌های مولکولی، به بررسی چرخش ماکروسیکل‌ها در اطراف نانولوله‌های کربنی پرداختند.

کد خبر: ۸۶۹۲۲۲

يکشنبه - ۲۶ مرداد ۱۳۹۹ / August 16, 2020

به گزارش گروه فناوری خبرگزارری دانشجو، چند سال قبل شیمی‌دانان، حلقه‌ای را در اطراف نانولوله‌های کربنی قرار داده و چیزی شبیه به ماشین مولکولی ساختند. به تازگی این گروه تحقیقاتی که نانولوله‌های کربنی بهم پیوسته را طراحی کرده بودند، دریافتند که حلقه‌های این سازه می‌تواند آزادانه حرکت کند. این نتایج از ایده‌ای پشتیبانی می‌کند که در آن گفته شده قوانین اصطکاک ممکن است منشاء مولکولی داشته باشد.

امیلیو پرز از محققان این پروژه گفت: از آنجا که ما برای اولین ‌بار سنتز نانولوله‌های کربنی به‌هم پیوسته را انجام دادیم، تعجب کردیم که چگونه ماکروسیکل‌ها در اطراف نانولوله رفتار می‌کنند.

این گروه، امکان مشاهده مستقیم این سیستم را نداشتند. میکروسکوپ‌های پیشرفته ممکن بود با نمونه تداخل ایجاد کنند، به طوری ‌که پرتو الکترونی می‌توانست موجب شکسته شدن ماکروسیکل‌ها شود. بنابراین، امکان نداشت دریابیم که آیا حرکت به‌ صورت خود به ‌خودی بوده یا براثر برانگیختگی انجام می‌شود.

برای حل این مشکل، محققان راهبرد محاسباتی را پیش گرفتند. آن‌ها مدل‌های میدان نیروی دنیامیک مولکولی را برای سازه‌های به هم پیوسته مکانیکی به‌ کار گرفته و سپس یک ‌سری شبیه‌سازی انجام دادند.

پرز گفت: ما مشاهده کردیم که فقط در ۵ نانوثانیه، ماکروسیکل‌ها روی نانولوله‌کربنی ۵۰ آنگستروم حرکت کردند. علاوه‌ بر این، حلقه‌ها به دور حلقه چرخ می‌زنند و رفتاری شبیه به حرکت سیارات به دور ستاره‌ها را دارند.

برای نشان دادن رفتار چرخشی، پرز و همکارانش نانولوله‌های کربنی را با اتم‌های ساختگی مزین کردند که به‌عنوان مرجعی برای محاسبه زاویه چرخش استفاده شد.

وی گفت: در همین ۵ نانوثانیه، ماکروسیکل‌ها ۱٫۵۶ بار چرخیدند. ماکروسیکل‌ها به‌ صورت مکانیکی در اطراف نانولوله‌های کربنی به هم پیوسته می‌چرخند و در امتداد نانولوله‌های کربنی تک ‌جداره در دمای اتاق حرکت می‌کنند که این چرخش از نظر انرژی، کم انرژی‌تر از چرخش در اطراف پیوند کربن-کربن در اتان است.

انرژی اکتیواسیون این حرکت بسیار کم بوده به طوری که می‌توان گفت که این حرکت تقریبا بدون اصطکاک انجام می‌شود. از این نتایج می‌توان در طراحی موتور‌های مولکولی استفاده کرد و در آینده می‌توان شاهد موتور‌هایی بود که در آن‌ها نانولوله‌های کربنی به هم متصل هستند.