Нанокары проходят «тяжелые» испытания перед их участием в гонке NanoCar Race
Немногим ранее мы рассказывали нашим читателям, что в Тулузе, Франция, ведется подготовка к проведению уникальных гонок нанокаров. В этой гонке, NanoCar Race, будут принимать участие «наноавтомобили», представляющие собой молекулы с очень сложной структурой, гонка будет проводиться в условиях глубокого вакуума и очень низких температур.
Однако, группа из университета Райс, которая является одной из пяти команд гонки NanoCar Race, смотрит на данную проблему гораздо шире. Их работа ориентирована не исключительно на участие в гонке, Джеймс Тур (James Tour), Гуфенг Вон (Gufeng Wang) и их коллеги нацелены на создание молекулярных наноавтомобилей, которые смогут функционировать и в обычной окружающей среде.
«Нашей основной целью является создание наномашин, которые могут функционировать в естественной окружающей среде» — рассказывает Джеймс Тур, — «Только в таком виде они смогут стать полезными инструментами для медицины, для технологий аддитивного производства и для многого другого».
Для того, чтобы иметь возможность передвигаться в обычных условиях наномашины должны иметь гидрофобные «колеса». Если колеса наномашины будут активно взаимодействовать с влагой, которой достаточно много на любой поверхности в обычных условиях, то это может не только затруднить, но и сделать вообще невозможным перемещение наномеханизма. В нанокарах последнего поколения, созданных учеными университета Райс, установлены адамантовые колеса, которые обладают достаточно сильно выраженными водоотталкивающими свойствами.
Проведение исследований движения нанокаров в естественной окружающей среде затрудняется тем, что ученые не имеют возможности использовать традиционные сканирующие туннельные микроскопы. Эти микроскопы работают только в условиях вакуума, кроме того, их наконечники являются источниками энергии, которая нарушает баланс и влияет на движение молекулярных автомобилей. Поэтому исследователи пометили каждую молекулу флуоресцентным маркером и использовали оптические микроскопы для прослеживания их движения.
Для сравнения и проверки использованных решений ученые использовали «гоночные трассы» из чистого стекла и из стекла, покрытого слоем полимерного материала — полиэтилен-гликоля. Во время испытательных «заездов» по покрытиям двух разных типов нанокары вели себя совершенно по-разному, несмотря на гидрофобную природу установленных на них «колес».
Нанокары представляют собой сложные молекулы, состоящие из нескольких сотен атомов. Поэтому любые другие молекулы, с которыми они сталкиваются во время движения, являются для них серьезными препятствиями. Кроме этого, любая поверхность постоянно адсорбирует молекулы из воздуха, становясь более и более грязной. Все это действует как своего рода липкая «пена», которая заставляет нанокары замедляться и, в конечном счете, полностью останавливаться, что происходило после 24 часов непрерывного движения.
Исследователи пока еще не выяснили все тонкостей и причин такого поведения, но подозревают, что их причиной является разница в распределении потенциальной энергии между нанокаром и поверхностями различных типов. «В ближайшем времени мы узнаем, что заставляет нанокары «ездить на тормозах» даже по относительно чистой поверхности и сколько энергии извне мы должны подать для того, чтобы эти крошечные наномашины снова обрели способность к перемещению» — рассказывает Джеймс Тур.
