استفاده از الکترودهای شیشه ای در پمپ های نانومقیاس

گروهی از مهندسان آمریکایی و کره جنوبی توانستند وسیله ای را توسعه دهند که به عنوان کوچکترین پمپ مصنوعی ساخته شده تا به امروز شناخته می شود و می تواند با الکترودهای شیشه ای تغذیه گردد. این پمپ هم اندازه ی یک گلبول قرمز است.

گروهی از مهندسان آمریکایی و کره جنوبی توانستند وسیله ای را توسعه دهند که به
عنوان کوچکترین پمپ مصنوعی ساخته شده تا به امروز شناخته می شود و می تواند با
الکترودهای شیشه ای تغذیه گردد. این پمپ هم اندازه ی یک گلبول قرمز است.

 

تصویر SEM از ناهمواری سطح یک نانوکانال ایجاد شده با لیزر فمتوثانیه ای.

 

درحالیکه شیشه قادر به هدایت الکتریسیته نیست، ولی این گروه سال ها پیش دریافت که
شیشه می تواند در ابعاد نانو بدون شکستن، رسانای جریان الکتریسیته باشد. آنها هم
اکنون از این خاصیت برای حل یکی از مشکلات ذاتی نانوافزاره ها، که همان مسئله مجتمع
کردن سیم ها در داخل آنها به منظور تأمین جریان الکتریکی است، استفاده کرده اند.

این مهندسان با استفاده از یک تکنیک جدید لیزری (به نام نانوماشین کاری با لیزرهای
فمتوثانیه ای) توانستند نانوکانال هایی در داخل یک زیرلایه شیشه ای ایجاد کنند و در
نوک هر کانال دیواره های نازک شیشه ای برجای بگذارند. این نانودیواره ها می تواند
به طور برگشت پذیری، خواص شیشه را در حضور میدان الکتریکی قوی از عایق به رسانا
تغییر دهند. این پدیده به نام “شکست دیالکتریکی” معروف است و معمولاً منجر به
گرمایش بیش از حد و خرابی می گردد ولی در ابعاد نانومقیاس هیچ خسارتی به شیشه وارد
نمی گردد.

هنگامی که این کانال با یک محلول رسانا پر شود می تواند به طور موثری تبدیل به سیم
ریز سیالی شود و نانودیواره های شیشه ای انتهایی به عنوان الکترود رفتار کنند.

گروه مذکور با توان دادن به یک پمپ میکروسکوپی که از سه الکترود شیشه ای با پهنای
۶/۰ میکرومتر درست شده بود، توانستند کارآیی این الکترودها را نشان دهند. هر
الکترود از دو کانال درست شده است که به صورت انتها به انتها با یک دیواره شیشه ای
در بینشان، قرار گرفته اند. این دیواره به طور طبیعی از عبور جریان الکتریکی ممانعت
خواهد کرد ولی در نانومقیاس اعمال یک پتانسیل ۱۰ ولتی کافی خواهد بود تا این شیشه
عایق به یک الکترود رسانا تبدیل شود.

این پمپ با خاصیت الکترواسمزی که در آن جریان الکتریسیته باعث حرکت سیال از یک سمت
به سمت دیگر می شود کار می کند. قلب پمپ فقط چهار میکرومتر عرض دارد و این پمپ قادر
است که یک دبی جریان به اندازه یک فمتولیتر (۱۰-۱۵ لیتر) بر ثانیه را کنترل کند.

نتایج این تحقیق در مجله ی Nature Nanotechnology منتشر شده است.