电机在我们的日常生活中无处不在——从汽车到洗衣机。一个未来科学领域正在研究可以为纳米机器网络提供动力并取代我们今天在设备中使用的一些电源的微型电机。
在最近发表在ACS Nano上的一项新研究中，德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的研究人员创造了第一台固态光学纳米电机。这些光驱动电机的所有先前版本都存在于某种解决方案中，这阻碍了它们在大多数实际应用中的潜力。
“生命始于水中，最终在陆地上移动，”沃克机械工程系副教授郑月兵说。“我们已经让这些一直生活在溶液中的微型纳米电机在陆地上以固态工作。”
研究人员设想这些电机为各种事物提供动力。旋转运动可以吸收灰尘和其他颗粒，使其可用于空气质量测量。它们可以推动人体内的药物输送装置。它们可以为小型无人机以及其他微型车辆提供动力以进行监视和测量。
新电机的宽度不到 100 纳米，可以在光照下在固体基板上旋转。它可以作为无燃料、无齿轮的发动机，将光能转化为机械能，用于各种固态微纳机电系统。
可以说，将这些纳米电机带到陆地上和水面上，可以避免布朗运动，这是阻碍这些设备实施的最大障碍之一。当水分子推动这些小马达停止旋转时，就会发生这种情况。电机越小，这种运动就越强。从方程侧删除解决方案完全解决了这个问题。
纳米电机是一个庞大且不断增长的微型电源领域的一部分。它们充当较小端的分子机器和较大端的微型引擎之间的中间地带。
该领域引起了极大的兴趣，但在这一点上，研究人员仍在试图找出基础科学，以通过提高效率使这些微型电机更可行。
科学家们如此热衷于制造这些微型马达的原因是它们模仿了一些最重要的生物结构。在自然界中，这些马达驱动细胞分裂并帮助它们移动。它们结合起来帮助生物移动。
“纳米电机帮助我们精确控制纳米世界，并为我们的现实世界创造我们想要的新事物，”李金刚博士说。毕业于郑氏课题组，是本研究的第一作者。
通过将这些电机从解决方案中取出并将它们放在芯片上，它们有可能在某些情况下取代电池，仅使用光来产生机械运动和动力设备。
这一突破源于一种新颖的设计：基板上的薄层相变材料。当暴露在光线下时，薄膜会发生从固态到准液相的局部可逆变化。这种相变可以降低纳米电机的摩擦力并驱动旋转。
这是该团队首次使用纳米粒子演示电机。展望未来，研究人员将继续改进他们的创造，努力提高性能，使它们更加稳定和可控，从而以更高的速率将光能转化为机械能。
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