Motorer finns överallt i vårt dagliga liv – från bilar till tvättmaskiner. Ett futuristiskt vetenskapligt område arbetar med små motorer som kan driva ett nätverk av nanomaskiner och ersätta några av de kraftkällor vi använder i enheter idag.

I ny forskning publicerad nyligen i ACS Nano , skapade forskare från Cockrell School of Engineering vid University of Texas i Austin den första solid-state optiska nanomotorn någonsin. Alla tidigare versioner av dessa ljusdrivna motorer finns i en lösning av något slag, som höll tillbaka deras potential för de flesta verkliga tillämpningar.

"Livet började i vattnet och flyttade så småningom på land", säger Yuebing Zheng, docent vid Walker Department of Mechanical Engineering. "Vi har gjort dessa mikronanomotorer som alltid har levt i lösningsarbete på land, i fast tillstånd."

Forskarna föreställer sig dessa motorer som driver en mängd olika saker. Den snurrande rörelsen kan ta upp damm och andra partiklar, vilket gör den användbar för luftkvalitetsmätning. De skulle kunna driva fram läkemedelstillförselanordningar i människokroppen. Och de kunde driva små drönare för övervakning och mätningar, såväl som andra minifordon.

Den nya motorn är mindre än 100 nanometer bred och den kan rotera på ett fast underlag under ljus belysning. Den kan fungera som en bränslefri och växelfri motor för att omvandla ljus till mekanisk energi för olika solid-state mikro-/nano-elektromekaniska system.

Genom att föra dessa nanomotorer på land och ur vattnet, så att säga, undviker man Brownian Motion, ett av de största hindren som håller tillbaka implementeringen av dessa enheter. Det händer när vattenmolekyler trycker bort dessa små motorer. Ju mindre motorn är, desto starkare blir denna rörelse. Att ta bort lösningen från ekvationssidan leder till detta problem helt.

Nanomotorer är en del av ett stort och växande område av miniatyrkraftkällor. De fungerar som en mellanväg i skala mellan molekylära maskiner i den mindre änden och mikromotorer i den större änden.

Området är av enormt intresse, men vid denna tidpunkt försöker forskare fortfarande ta reda på den grundläggande vetenskapen för att göra dessa små motorer mer livskraftiga genom ökad effektivitet.

Anledningen till att forskare är så förtjusta i att skapa dessa små motorer är att de efterliknar några av de viktigaste biologiska strukturerna. I naturen driver dessa motorer uppdelningen av celler och hjälper dem att röra sig. De kombineras för att hjälpa organismer att röra sig.

"Nanomotorer hjälper oss att exakt kontrollera nanovärlden och hitta på nya saker vi vill ha för vår verkliga värld", säger Jingang Li, en Ph.D. examen från Zhengs grupp och huvudförfattaren till denna studie.

Genom att ta ut dessa motorer ur lösningen och sätta dem på chips, har de potentialen att ersätta batterier i vissa fall och endast använda ljus för att generera mekanisk rörelse och kraftenheter.

Detta genombrott kommer från en ny design:ett tunt lager av fasförändringsmaterial på substratet. Den tunna filmen kan genomgå en lokal och reversibel förändring från den fasta till en kvasi-flytande fasen när den exponeras för ljus. Denna fasändring kan minska friktionskraften hos nanomotorerna och driver rotationen.

Detta var lagets första demonstration av motorerna med nanopartiklar. Framöver kommer forskarna att fortsätta att förbättra sin skapelse, arbeta med att förbättra prestanda, genom att göra dem mer stabila och kontrollerbara, vilket leder till att ljus omvandlas till mekanisk energi i högre takt. + Utforska vidare

Mikrodrönare med ljusdrivna nanomotorer