Le + petit moteur électrique à partir d’une seule molécule

Des Chimistes de l’Université de Tufts (Massachusetts) ont développé le premier moteur électrique à molécule unique, un développement qui pourrait créer à termes de nouvelles applications utilisables aussi bien dans la médecine que dans l’ingénierie.

Dans une étude publiée le 4 septembre dans Nature Nanotechnology, l’équipe de Tufts rapporte que leur moteur électrique mesure à peine 1 nanomètre de diamètre, et constitue une rupture technologique, en regard de l’actuel record du monde : un moteur de 200 nanomètres. Par comparaison, un cheveu humain mesure entre 50.000 et 100.000 nanomètres de diamètre.

Selon E. Charles Sykes, professeur agrégé de chimie à la Tufts et auteur principal du papier, l’équipe prévoit de soumettre leur moteur électrique au Guinness des records.

"Il y a eu des progrès significatifs dans la construction des moteurs moléculaires alimentés par la lumière et par des réactions chimiques, mais c’est la première fois que la propulsion électrique des moteurs moléculaires a été démontré, et cela malgré quelques propositions théoriques", a expliqué le Pr. Sykes. "Nous avons été capable de montrer que vous pouvez fournir de l’électricité à une molécule unique et de lui faire faire quelque chose qui n’est pas simplement le fruit du hasard."

Le Pr. Sykes et ses collègues ont également été en mesure de contrôler un moteur moléculaire avec de l’électricité en utilisant un microscope à balayage à effet tunnel (STM-LT). Le LT-STM utilise des électrons au lieu de la lumière pour «visualiser» les molécules.

L’équipe a utilisé la pointe métallique du microscope pour fournir une charge électrique à une molécule de sulfure de méthyle qui avait été placée sur une surface conductrice en cuivre. Cette molécule contenant du soufre possédait des atomes de carbone et d’hydrogène pour former ce qui ressemblait à deux bras, avec quatre carbones sur un côté et un autre sur l’autre. Ces chaînes de carbone ont été libres de tourner autour de la liaison soufre / cuivre.

Les scientifiques ont déterminé qu’en contrôlant la température de la molécule, elle pouvait avoir un impact direct sur la rotation de la molécule. Les températures gravitant autour de 5 degrés Kelvin (K), ou environ – 450 degrés Fahrenheit (°F), se sont avérées être la solution idéale pour suivre le mouvement du moteur. A cette température, les chercheurs de Tufts ont pu suivre l’ensemble des rotations du moteur et analyser les données.

Bien qu’il existe des applications pratiques prévisibles avec ce moteur électrique, des percées devront être faites dans des températures auxquelles les moteurs électriques moléculaires puissent fonctionner. Le moteur tourne beaucoup plus vite à des températures élevées, ce qui rend difficile la mesure et le contrôle de la rotation du moteur.

"Dès que nous aurons une meilleure idée sur les températures idéales pour faire fonctionner ces moteurs, il pourrait y avoir des applications dans le monde réel comme la détection et dans des dispositifs médicaux qui impliquent des sondes minuscules. Le frottement des fluides contre les parois de la sonde augmente à cette échelle, et les couvrir avec des moteurs pourrait aider à diriger les fluides", a déclaré le Pr. Sykes. "Le couplage mouvement moléculaire avec des signaux électriques pourraient également créer des engrenages miniatures à l’échelle nanométrique des circuits électriques ; ces engins pourraient être utilisés dans les lignes à retard miniaturisées intégrées dans des dispositifs comme les téléphones cellulaires."

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