استفاده از ترموفلوئیدیک برای دستکاری مواد در مقیاس‌ نانو

پژوهشگران آلمانی نشان دادند که می‌توان از ترموفلوئیدیک برای دستکاری مواد و ساختارها در مقیاس‌نانو استفاده کرد.

محققان با گرم کردن آب با لیزر از راه دور بر روی یک ورق فلزی، توانستند حجم بسیار کمی از مایع را به دلخواه جابه‌جا کنند. از جریان‌های تولید شده در این فرآیند می‌توان برای دستکاری و حتی گرفتن چیزهای کوچک استفاده کرد.

تحقیقات نشان می‌دهد که چگونه ترموفلوئیدیک به توسعه فناوری‌های جدید کمک می‌کند. این یافته‌ها با ارائه انواع جدیدی از سیستم‌های حسگری برای شناسایی کوچک‌ترین مقادیر مواد شیمیایی، راه‌حل‌های جدید پیشرو در فناوری‌نانو، دستکاری مایعات در سیستم‌های کوچک و تشخیص را ارائه می‌کند.

مارتین فرنزل و پروفسور فرانک سیچوس از دانشکده فیزیک و علوم زمین دانشگاه لایپزیگ در مقاله‌ای که اخیراً در مجله Nature Communications منتشر کردند، چگونگی انجام این کار را توضیح ‌دادند. محققان این پروژه کشف کرده‌اند که با سوزاندن یک ورق فلزی بسیار نازک در یک طرف کانال با پرتو لیزر متمرکز، می‌توانند جریان‌های سیال بسیار قدرتمندی را حتی در کوچک‌ترین کانال‌ها ایجاد کنند. با چنین کاری، جریان ها از یک لایه مایع بسیار نازک، در حد چند نانومتر بالاتر از سطح فلز خارج می‌شوند و مایع  در کانال در یک الگوی جریان دقیق مخلوط می‌شود.

در این فرآیند محققان از نانوذرات به عنوان ردیاب برای اندازه گیری الگوی جریان مایع استفاده کردند. محققان نه تنها منبع این جریان‌ها را کشف کرده، بلکه نشان دادند که با اختلاط هوشمند جریان‌ها و تنظیم نیروهای دیگر از راه دور با استفاده از لیزر، می‌توانند اشیاء نانویی را بگیرند، جدا کنند و انتقال دهند. مارتین فرنزل، از محققان این پروژه در دانشگاه لایپزیک می‌گوید: « این نتایج بسیار جالب توجه است، چرا که به ما اجازه می‌دهد تا چگونگی حرکت اجسام و سیالات در مقیاس نانو را بدون حرکت کل سیال در کانال‌ها کنترل کنیم.»

محققان این پروژه علاقه‌مند هستند تا این ترموسیال مبتنی بر لیزر را با روش‌های یادگیری ماشین ترکیب کرده و از آن برای ایجاد نانوکارخانه‌های هوشمند خودکار استفاده کنند، نانوکارخانه‌هایی برای تولید در مقیاس نانو، دستکاری مواد برنامه‌ریزی‌شده، و فناوری‌های حسگر  که می‌توانند بر اساس داده‌هایی که جمع‌آوری می‌کنند، نیازمندی‌های جدید را بهینه کرده و با آنها سازگار کنند. دتلیو بلدر استاد دانشکده شیمی و کانی شناسی دانشگاه لایپزیگ  می‌گوید: «ما معتقدیم که ترموفلوئیدیک به ما کمک می کند فناوری‌ها و راه‌حل‌های جدیدی را توسعه دهیم که ممکن است برای پروژه های مشترک جدید مانند پیشگامیμChem که ترکیبی از فیزیک، شیمی، بیوشیمی و هوش مصنوعی در ریزمحیط ها است، بسیار مفید باشد.»

این دستاورد فرصت‌های تازه‌ای را برای برنامه‌های آزمایشگاهی روی تراشه باز می کند. این رویکرد با مشارکت موسسه b-ACTmatter و توسط برنامه فدرال STARK پشتیبانی می شود. هدف b-ACTmatter ایجاد مواد و فناوری‌های جدید است که به اقتصاد مبتکر و پایدار کمک می‌کند.