Физики из университета Джорджии (University of Georgia) разработали простой метод производства каталитических наномоторов, работающих по принципу биологических молекулярных машин. Такие моторы, использующие химическое топливо, превосходят более ранние разработки, в которых двигатель питался от внешних электромагнитных полей.

Биологические наномоторы (например, жгутики бактерий) используют каталитические химические реакции в качестве источника энергии для работы. Этим они отличаются от традиционных искусственных двигателей, которые обычно питаются от внешних полей. Однако, используя каталитические реакции в органических наносистемах, можно построить мотор на тех же принципах. В таком двигателе химическая энергия реагентов будет превращаться в кинетическую энергию наностержней или каких-либо других наночастиц.

Рис. 1. Схема работы наномотора

Исследователи из Джорджии (Yuping He, Jinsong Wu and Yiping Zhao) разработали простой метод изготовления таких наномоторов. Их процедура основана на напылении под переменным углом, так что на подложке можно создавать различные структуры. Такой метод хорошо совместим с крупномасштабным производством, что до сих пор являлось трудноразрешимой задачей. Сначала кремниевые наностержни напыляются на кремниевую подложку под большим углом падения.

Рис. 2. Диаграмма вращения наностержней

Затем на боковые поверхности стержней под малым углом падения наносится каталитический материал – платина или серебро (рис. 1). После этого подложку поворачивают на 90 или 180 градусов, и напыление проводят повторно. В результате получаются наномоторы различной формы: стержни, L-образные и спиральные наномоторы.

Полученные устройства отделялись от подложки ультразвуковой обработкой и диспергировались в растворе перекиси водорода. На рис. 2 показаны снимки, сделанные в оптическом микроскопе, на которых видно, что наностержни вращаются вокруг фиксированных точек возле одного из концов. По оценкам исследователей, каталитическое разложение перекиси водорода асиметричным слоем катализатора создаёт силу порядка 10^-14 – 10^-13 Н, которая и вращает наностержни.

Василий Артюхов