موفقیت محققان در طراحی و ساخت موتور مولکولی الکتریکی

به گزارش آماج از تارنمای فیز، خودروهای الکتریکی مجهز به موتورهای الکتریکی، به‌طور فزاینده‌ای در خیابان‌ها و بزرگراه‌های در حال حرکت هستند. این خودروهای 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.

یک تیم تحقیقاتی چند رشته‌ای به سرپرستی دانشگاه نورث‌وسترن یک موتور الکتریکی به تازگی ساخت که با چشم غیر مسلح نمی‌توان آن را دید، این موتور الکتریکی در مقیاس مولکولی است.

این دستاورد یعنی حرکتی که می‌تواند انرژی الکتریکی را به حرکت جنبشی در سطح مولکولی تبدیل کند که 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 میلادی را برای کار خود در طراحی و سنتز ماشین‌های مولکولی دریافت کرده است در این زمینه گفت: ما نانوفناوری مولکولی را به سطح دیگری منتقل کردیم، 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 دارد و ساخت آن آسان است، به سرعت کار می‌کند و هیچ گونه زباله تولید نمی‌کند. نتایج این پروژه در نشریه نیچر (Nature) منتشر شده است.

این تیم 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 ظرفیت 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 درمورد این دستاورد 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 دیگر عضو این تیم تحقیقاتی هم گفت: دستاوردی که امروز گزارش می دهیم، 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.