مدولاسیون (تنظیم) حرارتی حرکت نانوموتورها
کنترل حرکت، برای کاربردهای مختلف ماشین های در مقیاس نانو ضروری می باشد. توانایی برای کنترل و تنظیم حرکت موتورهای نانوسیمی کاتالیتیک توسط کاربرد پالس های حرارتی کوتاه نشان داده می شود که اجازه می دهد موتورها تسریع شوند یا از سرعتشان کاسته شود. تسریع حرکت مشاهده شده در طی پالس های حرارتی در وهله ی اول به فعالیت حرارتی واکنش های ردوکس سوخت هیدروژن پروکسید در بخش های Pt و Au و کاهش ویسکوزیته ی محیط آبی در دماهای بالا نسبت داده می شود. تنظیم حرارتی حرکت، در طی سیکل های خاموش / روشن تکراری به مقدار زیادی برگشت پذیر و سریع می باشد، که به ترتیب دارای سرعت های 14 و 45 میکرومتر بر ثانیه در دماهای 25 و 65 درجه سانتی گراد می باشد. یک طیف گسترده ای از سرعت ها می توانند توسط شایسته سازی دما ایجاد شوند تا یک وابستگی دما – سرعت خطی را حاصل کنند. از طریق استفاده از نانوموتورهای دارای نیکل، توانایی برای ترکیب تنظیم حرارتی حرکت نانوموتورهای کاتالیتیک با مواد مغناطیسی نیز اثبات شده است. چنین کنترلی از حرکت موتورهای نانوسیمی، امیدهای بزرگی را برای عملیات پیچیده ی نانوماشین های ساخت بشر و برای ایجاد نانوموتورهای پیچیده تر فراهم می کند.
1- مقدمه
علاقه ی قابل توجهی در توسعه ی نانوماشین های ساختگی مبتنی بر موتورهای نانوسیمی کاتالیتیک وجود دارد. چنین نانوموتورهای ساخت بشر، روی نیروی محرکه ی (رانش) نانو سیم های نامتقارن (دو بخشی) در حضور یک سوخت شیمیایی (به طور معمول هیدروژن پروکسید) تاکید دارند. اگرچه مکانیسم های مختلفی برای خود محرکی نانوموتورهای کاتالیتیک دو فلزی پیشنهاد شده اند، موردی که به مقدار زیادی پذیرفته شده می باشد، روی خود الکتروفورزی الکتروسینتیک و شکل گیری حباب اکسیژن تکیه دارند. هر دو این مکانیسم ها با تجزیه ی الکتروکاتالیتیک سوخت پروکسیدی مرتبط هستند. حرکت خود گردان (مستقل) این نانوماشین ها که انرژی خودشان را به صورت شیمیایی به دست می آورند، امیدهای بزرگی را برای یک طیف وسیعی از کاربردهای آینده ایجاد می کنند که محدوده ای از انتقال و انتشار در مقیاس نانو تا جراحی های در مقیاس نانو دارد. پیشرفت های اخیر، از طریق کنترل ترکیب های سوختی یا نانوسیم ها، بهبود های معنی داری را در سرعت و قدرت نانوموتورهای کاتالیتیک نشان داده اند. کنترل دقیق حرکت یکی دیگر از ویژگی های مهم و چالش نانوموتورهای سنتتیک (ساختگی) می باشد. تنظیم حرکت نانوموتورها برای کاربردهای مختلف آینده ضروری می باشد. حرکت جهت دار مغناطیسی موتورهای نانوسیمی از طریق الحاق یک بخش فرومغناطیسی (نیکل) انجام می شود. این باعث هدایت مغناطیسی در حضور یک میدان مغناطیسی خارجی، و همچنین یک عملیات توقف و حرکت در یک زمینه ی مغناطیسی می شود. چنین پاسخی به تغییرات در محیط اطراف، امید های بزرگی را برای کنترل عملکردهای نانوموتورهای عملکردی ساختگی فراهم می کند.
Motion control is essential for various applications of man-made nanomachines. The ability to control and regulate the movement of catalytic nanowire motors is illustrated by applying short heat pulses that allow the motors to be accelerated or slowed down. The accelerated motion observed during the heat pulses is attributed primarily to the thermal activation of the redox reactions of the H2O2 fuel at the Pt and Au segments and to the decreased viscosity of the aqueous medium at elevated temperatures. The thermally modulated motion during repetitive temperature on/off cycles is highly reversible and fast, with speeds of 14 and 45mm s1 at 25 and 65 8C, respectively. A wide range of speeds can be generated by tailoring the temperature to yield a linear speed–temperature dependence. Through the use of nickel-containing nanomotors, the ability to combine the thermally regulated motion of catalytic nanomotors with magnetic guidance is also demonstrated. Such on-demand control of the movement of nanowire motors holds great promise for complex operations of future manmade nanomachines and for creating more sophisticated nanomotors.
1. Introduction
There has been considerable interest in the development of artificial nanomachines based on catalytic nanowire motors.[1] Such manmade nanomotors rely on the propulsion of asymmetric (bisegment) nanowires in the presence of a chemical fuel (commonly H2O2). While various mechanisms have been proposed for the self-propulsion of bimetallic catalytic nanomotors, the most accepted ones rely on electrokinetic self-electrophoresis and oxygen bubble formation. Both of these mechanisms are associated with the electrocatalytic decomposition of the peroxide fuel. The autonomous motion of these chemically powered nanomachines holds great promise for a wide range of future applications, from nanoscale transport and distribution to nanosurgical operations. Recent advances have illustrated significant improvements in the speed and power of catalytic nanomotors through judicious control of the nanowire or fuel composition.[2,3] Precise motion control is another important feature and challenge of synthetic nanomotors. Regulating ondemand the movement of nanomotors is essential for different future applications. Magnetically directed movement of nanowire motors was accomplished through the incorporation of a ferromagnetic (nickel) segment.[4] This allowed for magnetic guidance and steering in the presence of an external magnetic field,[4] as well as a ‘‘stop-and-go’’ operation through a modulated magnetic field.[2] Such a response to changes in the local environment holds great promise for controlling the operation of artificial functional nanomotors.
1- مقدمه
2- نتایج و بحث
2.1- مدولاسیون (تنظیم) حرارتی قابل برگشت حرکت نانوموتور
2.2 اثرات دما روی سینتیک فرایندهای الکتروشیمیایی سوخت
3- نتیجه گیری
4- بخش آزمایشگاهی
1. Introduction
2. Results and Discussion
2.1. On-Demand Reversible Thermal Modulation of the Nanomotor Movement
2.2. Temperature Effect upon the Kinetics of Electrochemical Processes of the Fuel
3. Conclusions
4. Experimental Section
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه