محققان در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا یکی از کوچک‌ترین باتری‌ها را به طول فقط ۶/۳ میکرومتر ساخته‌اند. اگرچه در حال حاضر این باتری کوچک نمی‌تواند افزاره‌های الکترونیکی کنونی را توان بدهد، اما این محققان آن را برای ساخت یک نانوموتور خودتوان‌دهنده که فوق‌العاده سریع و کارآمد است، استفاده کرده‌اند.
ساخت یک نانوموتور مبتنی بر نانوباتری
محققان در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا یکی از کوچک‌ترین باتری‌ها را به طول
فقط ۶/۳ میکرومتر ساخته‌اند. اگرچه در حال حاضر این باتری کوچک نمی‌تواند
افزاره‌های الکترونیکی کنونی را توان بدهد، اما این محققان آن را برای ساخت
یک نانوموتور خودتوان‌دهنده که فوق‌العاده سریع و کارآمد است، استفاده
کرده‌اند.
چپ، بالا: تصویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشگر از یک نانوموتور مبتنی بر نانوباتری
مس – پلاتین. راست، بالا: تصویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشگر از یک نانومیله مسی
نامتقارن. پایین: دیاگرام‌های حرکت برای هر کدام از افزاره‌ها در محلول برم.
این باتری شامل یک نانوسیم منفرد با یک انتها مسی به طول ۳ میکرومتر و یک انتهای
پلاتینی به طول ۶۰۰ نانومتر، می‌باشد. هنگامی که این نانوباتری در یک محلول رقیق
اکسیدکننده (از قبیل برم یا ید) قرار می‌گیرد، انتهای مسی بعنوان آند عمل کرده و
اکسید می‌شود، در حالی که انتهای پلاتینی بعنوان کاتد عمل می‌کند. هنگامی که این
نانوباتری خودش را در این محلول تخلیه می‌کند، پدیده الکتروفورز ضربه‌ای به آن وارد
می‌کند، بطوریکه میدان الکتریکی تولید شده بوسیله واکنش‌های اکسایش – کاهش این
باتری سبب حرکتش می‌شوند.
ران لیو، یکی از این محققان، گفت: “نکته مهم علمی این یافته این است که یک
نانوباتری مدار کوتاه (برای مثال، نانومیله قطعه‌ای مس – پلاتین) را می‌توان بوسیله
خود-الکتروفورز ناشی از واکنش‌ها اکسایش و کاهش اتفاق افتاده به ترتیب در این دو
فلز، حرکت داد.”
این پدیده خود-الکتروفورز این افزاره را با سرعت‌های بیش از ۱۰ میکرومتر (سه برابر
طولش) بر ثانیه به جلو می‌راند. لیو توضیح داد: “در این حالت، جهت حرکت این
نانوموتور در مقیاس‌های زمانی طولانی تصادفی است. بطور بالقوه می‌توان جهت حرکت آن
را کنترل کرد. برای مثال، اگر یک قطعه فلز مغناطیسی در این باتری قرار دهیم، می‌توانیم
جهت حرکتش را بوسیله میدان مغناطیسی کنترل کنیم.”
این نانوموتور پیوسته عمل می‌کند تا اینکه قطعه مسی بطورکامل بوسیله برم اکسید می‌شود
یا بوسیله ید به یدید مس تبدیل می‌شود. بنابراین طول عمرش به طول قطعه مسی و غلظت
اکسیدکننده بستگی دارد. این محققان در آزمایش‌هایشان با تغییر این پارامترها برای
این نانوباتری طول‌عمرهایی بین ۴۰ ثانیه تا ۱ دقیقه مشاهده کردند. آنها همچنین
متوجه شدند که سرعت این نانوموتور نیز به طول قطعه مسی بستگی دارد، بطوری که هر چه
طول آن کوتاه‌تر باشد، نانوموتور سریع‌تر حرکت می‌کند.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Journal of the American
Chemical Society منتشر کرده‌اند.
