p (PhysOrg.com) - Medindo apenas 3,6 micrômetros de comprimento, uma das menores baterias já fabricadas não alimentará nossos dispositivos eletrônicos tão cedo, mas serve como um nanomotor com alimentação própria que é surpreendentemente rápido e eficiente. Em última análise, o motor baseado em nanobateria poderia ser usado como uma nanomáquina e para transportar cargas para aplicações biomédicas. p Os pesquisadores, Dr. Ran Liu e Prof. Ayusman Sen do Departamento de Química da Universidade Estadual da Pensilvânia, publicaram seu estudo sobre o motor baseado em nanobateria em uma edição recente do Jornal da American Chemical Society O MAIS CEDO POSSÍVEL.

p A nanobateria consiste em um único nanofio com uma extremidade de cobre de 3 micrômetros e uma extremidade de platina de 600 nanômetros de comprimento. Quando a nanobateria é colocada em uma solução diluída de oxidante (como bromo ou iodo), a extremidade de cobre serve como ânodo e é oxidada, enquanto a extremidade de platina funciona como cátodo. À medida que a nanobateria se descarrega na solução, o fenômeno da eletroforese começa, de modo que o campo elétrico gerado pelas reações redox da bateria faz com que a bateria se mova.

p “O núcleo científico desta descoberta é que uma nanobateria em curto-circuito (por exemplo, nanobastões segmentados de cobre-platina) podem ser movidos por autoeletroforese resultante da oxidação e redução ocorrendo, respectivamente, nos dois metais, ”Liu disse PhysOrg.com . “A corrente gerada pode ser convertida diretamente em força mecânica.”

p Este fenômeno de autoeletroforese impulsiona o dispositivo a velocidades de mais de 10 mícrons (três vezes seu comprimento) por segundo. Isso é o equivalente aproximado de uma lancha de 5 metros (16 pés) movendo-se a 54 quilômetros por hora (33,5 milhas por hora) através da água.

p “Neste caso, a direção do movimento do nanomotor é aleatória em escalas de tempo longas, ”Liu disse. “Pode ser potencialmente controlado. Por exemplo, se incorporarmos um segmento de metal magnético na nanobateria, podemos controlar sua direção de movimento pelo campo magnético. ”

p O nanomotor opera continuamente até que o segmento de cobre seja completamente oxidado pelo bromo ou convertido em iodeto de cobre pelo iodo. Sua vida, Portanto, depende do comprimento do segmento de cobre e da concentração do oxidante. Em seus experimentos, os pesquisadores observaram tempos de vida das nanobaterias entre 40 segundos e 1 minuto, alterando essas variáveis. (O comprimento do segmento de cobre pode ser controlado por seu tempo de eletrodeposição durante a fabricação.) Os pesquisadores descobriram que a velocidade do nanomotor também depende do comprimento do segmento de cobre, onde um segmento de cobre mais curto dá uma velocidade mais alta, mas diminui a vida útil.

p Além disso, os pesquisadores demonstraram que poderiam fazer o nanomotor funcionar como um rotor de cobre apenas polindo um lado, fazendo com que seja deformado em uma forma de “catraca”. Este nanobastão assimétrico poderia girar a velocidades extremamente rápidas de cerca de 170 rpm no bromo. Os cientistas explicaram que a forma assimétrica gera um torque (ou torção) que faz com que a haste gire.

p O novo nanomotor tem algumas vantagens sobre outros nanomotores com alimentação própria. Por exemplo, os pesquisadores construíram anteriormente um nanomotor de ouro-platina que usava peróxido de hidrogênio como combustível. Contudo, esse nanomotor produzia bolhas de oxigênio que dificultavam o estudo e tinham uma eficiência menor do que o novo nanomotor cobre-platina. Os pesquisadores atribuem a eficiência aprimorada do novo nanomotor ao seu combustível eletrolítico, todos ou a maioria deles é usado para gerar uma corrente que é então diretamente convertida em força mecânica. Em contraste, a maior parte do combustível do nanomotor de ouro-platina é desperdiçado na extremidade da platina e não é usado para gerar corrente.

p “Nosso estudo confirma a generalidade da autoeletroforese como um mecanismo para movimento micro / nanomotor e sugere que virtualmente qualquer reação redox ocorrendo assimetricamente em uma micro / nanoestrutura apropriada pode ser empregada no projeto de sistemas autoalimentados, ”Liu disse.

p Ao demonstrar que a autoeletroforese de uma nanobateria pode fornecer propulsão para permitir que a nanobateria funcione como um nanomotor, os pesquisadores esperam que os resultados atuais levem a futuros nanomotores com um design semelhante, mas que usam materiais diferentes. Por exemplo, outros pares de metal podem ser usados, e diferentes aplicações podem ser investigadas.

p “Em princípio, os nanomotores podem ser usados ​​para transportar e entregar cargas ativamente, como drogas, etc, ”Liu disse. “No futuro, precisamos encontrar mais ecologicamente correto, e especialmente biocompatível, sistemas de combustível. Outro desafio remanescente é o projeto de mover micro / nanobaterias que podem ser recarregadas e usadas repetidamente. ” p Copyright 2011 PhysOrg.com.
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