Το πιο μικρό ηλεκτρικό μοτέρ στον κόσμο

Από το περιοδικό Nature, Αύγουστος 2003

Οι επιστήμονες κατασκεύασαν έναν "νάνο" ηλεκτρικό κινητήρα, 2.000 φορές μικρότερο από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας. 

Μια μικρή τάση περιστρέφει τη φτερωτή του ρότορα

Τα χρυσά πτερύγιά του έχουν μήκος 300 εκατομμυριοστά του ενός χιλιοστομέτρου. Η φτερωτή αυτή στηρίζεται σ' έναν άξονα φτιαγμένο από νανοσωλήνα άνθρακα με πολλά τοιχώματα - ένα μόριο με δομή κάπως σαν πράσο. Τα χρυσά ηλεκτρόδια σε κάθε άκρο του άξονα, συνδέουν την συσκευή με ένα μικροτσίπ πυριτίου.  

Εφαρμόζοντας μια μικρή τάση μεταξύ του νανοσωλήνα και ενός από τα τρία επιπλέον ηλεκτρόδια η φτερωτή του ρότορα περιστρέφεται. Μια μεγάλη τάση αποσπά τη φτερωτή και τον εξωτερικό φλοιό του νανοσωλήνα από την υπόλοιπη κατασκευή και επιτρέπουν έτσι στη φτερωτή να περιστρέφεται ελεύθερα. Μια σταθερή τάση ή μια ταλαντευόμενη τάση, κρατάει τη φτρωτή στη θέση της ή την περιστρέφει με σταθερή ταχύτητα αντίστοιχα. 

"Όταν είδα για πρώτη φορά στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εικόνες από νανοσωλήνες άνθρακα με πολλαπλά τοιχώματα, αμέσως σκέφτηκα πως αυτά τα πολλαπλά στρώματα θα μπορούσαν να γλιστρούν το ένα σε σχέση με τα άλλα και να σχηματίζουν ασυνήθιστες ηλεκτρομηχανικές συσκευές," λέει ο Alex Zettl, ο οποίος σχεδίασε και κατασκεύασε τον ρότορα αυτόν μαζί με τους συνεργάτες του στο πανεπιστήμιο Berkeley της California. 

Ρότορες με μικροτσίπ έχουν κατασκευαστεί και στο παρελθόν, αλλά είτε ήταν πολύ μεγαλύτεροι είτε περιστρέφονταν πιο δύσκολα και απαιτούσαν λέιζερ ή μαγνήτες. Οι φυσικοί μοριακοί κινητήρες δουλεύουν με παρόμοιο τρόπο, αλλά σε πολύ εξειδικευμένες συνθήκες. 

Ο ρότορας από νανοσωλήνα του Zettl μπαίνει εύκολα σε κίνηση και μπορεί να περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητα σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και χημικών συνθηκών - ακόμη και στο κενό. Αυτές οι ιδιότητες τον καθιστούν ικανό για μια μεγάλη γκάμα εφαρμογών. 

Η χρησιμοποίηση της χρυσής λάμας του στρεφόμενου μέρους του ρότορα, ως καθρέφτη για να κατευθύνει και να διακόπτει φωτεινές ακτίνες με μεγάλη ταχύτητα, είναι μια από τις πολλές δυνατότητες χρήσης. Η ανίχνευση της παρουσίας ορισμένων χημικών ουσιών που προσκολλούνται στη φτερωτή του, με καταγραφή της ταχύτητας περιστροφής στην οποία συντονίζεται η φτερωτή είναι μια άλλη ενδεχόμενη χρήση.  

Τις πιο ενδιαφέρουσες εξελίξεις πάνω στο θέμα μπορεί να μην τις έχουμε σκεφτεί ακόμα, λέει ο Zettl. "Όπως δεν είχαμε σκεφτεί τις προεκτάσεις που θα είχαν τα λέιζερ ή τα ολοκληρωμένα κυκλώματα κατά την αρχική τους εποχή, όσο κι αν δούλευε η φαντασία μας, έτσι και στον τομέα των κινητήρων με νανοσωλήνες, δεν μπορούμε επί του παρόντος να διακρίνουμε που θα εμφανιστούν οι πιο πετυχημένες εφαρμογές," λέει ο ίδιος.

Αναφορές: Zettl, A. και άλλοι. Rotational actuators based on carbon nanotubes. Nature, 424, 408 - 410, (2003). | Άρθρο |