Na escala do muito pequeno, a física pode se tornar peculiar. Um professor de engenharia biomédica da Universidade de Michigan descobriu uma nova instância desse fenômeno em nanoescala - que poderia levar a um processo mais rápido, dispositivos portáteis de diagnóstico mais baratos e ultrapassam as fronteiras na construção de dispositivos micro-mecânicos e de "laboratório em um chip".

Em nosso mundo em macroescala, materiais chamados condutores efetivamente transmitem eletricidade e materiais chamados isolantes ou dielétricos não, a menos que sejam sacudidos por uma voltagem extremamente alta. Sob tais circunstâncias de "ruptura dielétrica", como quando um raio atinge um telhado, o dielétrico (o telhado neste exemplo) sofre danos irreversíveis.

Este não é o caso em nanoescala, de acordo com uma nova descoberta de Alan Hunt, professor associado do Departamento de Engenharia Biomédica. Hunt e sua equipe de pesquisa conseguiram fazer com que uma corrente elétrica passasse de forma não destrutiva através de uma lasca de vidro, que geralmente não é um condutor.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado online recentemente em Nature Nanotechnology .

"Este é um novo, fenômeno físico verdadeiramente em nanoescala, "Hunt disse." Em escalas maiores, não funciona. Você obtém aquecimento e danos extremos.

"O que importa é o quão acentuada é a queda de tensão ao longo da distância do dielétrico. Quando você chega à nanoescala e torna seu dielétrico extremamente fino, você pode conseguir a quebra com voltagens modestas que as baterias podem fornecer. Você não sofre o dano porque está em uma escala tão pequena que o calor se dissipa com uma rapidez extraordinária. "

Essas lascas dielétricas condutoras em nanoescala são o que Hunt chama de eletrodos de vidro líquido, fabricado no U-M Center for Ultrafast Optical Science com um laser de femtossegundo, que emite pulsos de luz que duram apenas quatrilionésimos de segundo.

Os eletrodos de vidro são ideais para uso em dispositivos lab-on-a-chip que integram várias funções de laboratório em um chip de apenas milímetros ou centímetros de tamanho. Os dispositivos podem levar a testes caseiros instantâneos para doenças, contaminantes alimentares e gases tóxicos. Mas a maioria deles precisa de uma fonte de energia para operar, e agora eles contam com fios para direcionar essa energia. Muitas vezes é difícil para os engenheiros inserir esses fios nas máquinas minúsculas, Hunt disse.

"O design de dispositivos microfluídicos é restrito por causa do problema de energia, "Hunt disse." Mas podemos usinar eletrodos direto no dispositivo. "

Em vez de usar fios para encaminhar eletricidade, A equipe de Hunt cria canais através dos quais o fluido iônico pode transmitir eletricidade. Esses canais, 10 mil vezes mais fino que o ponto deste "i, "fisicamente beco sem saída em suas interseções com os canais microfluídicos ou nanofluídicos nos quais a análise está sendo conduzida no lab-on a-chip (isso é importante para evitar a contaminação). Mas a eletricidade nos canais iônicos pode passar pelo vidro fino beco sem saída sem prejudicar o dispositivo no processo.

Esta descoberta é resultado de um acidente. Dois canais em um dispositivo nanofluídico experimental não se alinharam corretamente, Hunt disse, mas os pesquisadores descobriram que a eletricidade passou pelo dispositivo.

"Ficamos surpresos com isso, visto que vai contra o pensamento aceito sobre o comportamento de materiais não condutores, "Hunt disse." Após um estudo mais aprofundado, fomos capazes de entender por que isso poderia acontecer, mas apenas na escala nanométrica. "

Quanto às aplicações eletrônicas, Hunt disse que a fiação necessária em circuitos integrados limita fundamentalmente seu tamanho.

"Se você pudesse utilizar a ruptura dielétrica reversível para trabalhar a seu favor, em vez de contra você, que pode mudar significativamente as coisas, "Hunt disse.