طراحی و ساخت موتور مولکولی الکتریکی

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان نشان دادند که با استفاده از نوعی ترکیب شیمیایی می‌توان موتور مولکولی در ابعاد نانومتری تولید کرد. این پروژه نتیجه کار یک تیم تحقیقات بین رشته‌ای است.

خودرو‌های الکتریکی مجهز به موتور‌های الکتریکی، به‌طور فزاینده‌ای در خیابان‌ها و بزرگراه‌های در حال حرکت هستند. این ماشین‌های آرام و سازگار با محیط زیست تقریباً ۲۰۰ سال پیش شروع به کار کردند زمانی که فیزیکدانان اولین قدم‌های کوچک را برای ورود موتور‌های برقی به جهان برداشتند.

به تازگی یک تیم تحقیقاتی چند رشته‌ای به سرپرستی دانشگاه نورث‌وسترن یک موتور الکتریکی ساخته است که با چشم غیر مسلح نمی‌توانید آن را ببینید: یک موتور الکتریکی در مقیاس مولکولی.

این کار یعنی حرکتی که می‌تواند انرژی الکتریکی را به حرکت جنبشی در سطح مولکولی تبدیل کند، پیامد‌هایی در حوزه علم مواد و به ویژه دارو دارد، جایی که موتور مولکولی الکتریکی می‌تواند با موتور‌های بیومولکولی در بدن انسان همراه باشد.

سر فریزر استودارتارت، که جایزه نوبل ۲۰۱۶ را برای کار خود در طراحی و سنتز ماشین‌های مولکولی دریافت کرده است، گفت: «ما نانوفناوری مولکولی را به سطح دیگری برده‌ایم، در این مقیاس، دقیقاً مانند یک موتور ماکروسکوپی از الکترون‌ها برای حرکت موثر موتور مولکولی استفاده می‌شود. در حالی که این حوزه از شیمی در مراحل ابتدایی توسعه خود است، من پیش‌بینی می‌کنم یک روز این موتور‌های کوچک تفاوت زیادی در پزشکی ایجاد کنند.»

این موتور مولکولی تنها ۲ نانومتر عرض داشته و ساخت آن آسان است، به سرعت کار می‌کند و هیچ گونه زباله تولید نمی‌کند. نتایج این پروژه در نشریه Nature منتشر شد.

این تیم بر روی نوع خاصی از مولکول با حلقه‌های در هم تنیده معروف به Catenanes، متمرکز شدند. این موتور مولکولی الکتریکی به طور خاص باکاتنان ساخته شده است که اجزای آن با دو حلقه یکسان در هم تنیده شده است که با Redox فعال می‌شوند یعنی در پاسخ به تغییرات پتانسیل حرکت می‌کنند.

برای دستیابی به موفقیت، استوددارت، ژانگ و همکارانشان بیش از چهار سال را روی طراحی و سنتز موتور مولکولی الکتریکی خود گذراندند.

ژانگ گفت: «کنترل حرکت نسبی قطعات در مقیاس مولکولی یک چالش بزرگ است، بنابراین همکاری مشترک بسیار مهم بود. همکاری با کارشناسان در سنتز، اندازه‌گیری و شیمی محاسباتی ما را قادر ساخت تا یک موتور مولکولی الکتریکی ایجاد کنیم که در محلول کار کند.»

چند نمونه از موتور‌های الکتریکی تک مولکولی گزارش شده است، اما به شرایط عملیاتی سخت مانند استفاده از خلاء بالا وابسته است و همچنین زباله تولید می‌کنند.

مراحل بعدی توسعه این موتور الکتریکی این است که تعداد زیادی از این موتور‌ها را به یک سطح الکترود وصل کنید تا بر سطح تأثیر بگذارد و در نهایت کار‌های مفیدی انجام دهد.

استودارت گفت: «دستاوردی که امروز گزارش می‌دهیم، گواهی بر خلاقیت و بهره‌وری دانشمندان جوان ما و همچنین تمایل آن‌ها برای ریسک‌پذیری است. این کار به من و افراد تیم رضایت زیادی می‌دهد.»