Essendo uno dei motori più semplici e piccoli, un nanotubo di carbonio a doppia parete (DWCNT) con un tubo interno rotante e un tubo esterno fisso potrebbe un giorno svolgere un ruolo importante in una varietà di futuri nanodispositivi. In un nuovo studio, i ricercatori hanno studiato il comportamento rotazionale del tubo interno di un motore DWCNT il cui movimento è indotto da una temperatura uniforme relativamente alta.

I ricercatori, K. Cai, et al., alla Northwest A&F University di Yangling, Cina, e l'Australian National University di Acton, Australia, hanno pubblicato il loro articolo sui motori rotanti DWCNT in un recente numero di Nanotecnologia .

Come spiegano gli scienziati, I DWCNT hanno il potenziale per agire come motori efficaci grazie alla loro combinazione di due importanti proprietà:la grande resistenza di ogni singolo tubo grazie ai suoi forti legami covalenti, e la debole interazione tra i due tubi adiacenti dovuta alle interazioni repulsive di van der Waals.

Come hanno dimostrato ricerche precedenti, il tubo interno può muoversi all'interno del tubo esterno mediante movimento rotatorio o traslatorio (muovendosi avanti e indietro). Spesso, questi due tipi di movimento sono combinati in modo che il tubo segua un'orbita elicoidale. La traccia di movimento specifica del tubo interno è determinata dalla sua interazione atomica con il tubo esterno. Precedenti studi hanno rivelato vari fenomeni legati al movimento dei DWCNT su scala nanometrica, come un attrito incredibilmente piccolo e una forza motrice proporzionale ai gradienti di temperatura.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato in simulazioni che la rotazione in un motore DWCNT può essere indotta da un motore senza gradiente, temperatura uniforme. A circa temperatura ambiente (300 K), la camera d'aria perde la sua simmetria geometrica, facendolo ruotare. I ricercatori hanno studiato tre fattori che influenzano la rotazione delle camere d'aria:la temperatura ambientale, la lunghezza della porzione fissa del tubo esterno, e il gap intertube.

Utilizzando simulazioni di dinamica molecolare, i ricercatori hanno scoperto che la frequenza di rotazione della camera d'aria aumenta a una temperatura di 300 K rispetto a temperature più basse, man mano che la camera d'aria acquisisce maggiore energia cinetica. La frequenza di rotazione aumenta anche quando viene fissata l'intera lunghezza del tubo esterno perché questo crea una coppia maggiore sul tubo interno. E infine, la frequenza di rotazione aumenta quando lo spazio tra i tubi è vicino a una distanza critica tra due fogli di grafene, in questo caso 0,335 nm. Quando il divario è inferiore a questo, l'attrito intertube aumenta, e quando il divario è maggiore, c'è un'interazione più debole tra i tubi che diminuisce il movimento rotatorio.

Con ulteriore lavoro, un gradiente, Il motore rotante a temperatura controllata realizzato con un DWCNT potrebbe avere ampie applicazioni nella prossima generazione di sistemi nanoelettromeccanici (NEMS).

"Rispetto a qualsiasi altro nanomotore, per esempio., motori elettrici e motori fluidici a gas, i motori termici DWCNT sono più semplici, più piccolo e più facile da usare, "Cai ha detto Phys.org . "In particolare, la frequenza di rotazione della camera d'aria è ampia, che potrebbe essere utilizzato per il trasferimento di messaggi in nanodispositivi elettromagnetici, come interruttori, ricordi, eccetera."

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di apportare ulteriori miglioramenti al motore.

"Un motore DWCNT robusto dovrebbe essere progettato, " disse Cai. "Per esempio, la nanostruttura dovrebbe essere stabile, lo stato rotazionale dovrebbe essere regolabile con elevata precisione e con la misurazione del campo elettromagnetico locale."

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