Изящное изобретение представляет собой самую крошечную химическую батарейку и электромотор в одном лице. Авторы работы полагают, что в будущем такие устройства смогут приводить в действие наномашины.

Рис. 1. Необычный мотор создаёт вдоль своих боков
поток жидкости, в том числе ионов, и формирует
электрическое поле. Их взаимодействие порождает
движущую силу (зелёная стрелка) (иллюстрация
Ran Liu, Ayusman Sen/ American Chemical Society).

Химики из университета Пенсильвании (Penn State) изготовили стержни длиной 3,6 микрометра и толщиной порядка 200 нанометров. При этом 3 микрометра в них составляет медь, а оставшиеся 0,6 мкм – платина.

Когда исследователи помещали такой стержень в разбавленный водный раствор окислителя (брома или йода), медь начинала работать как анод и окисляться, в то время как платина выступала в качестве катода.

Получившаяся нанобатарейка использовала свои металлы и внешние реагенты для проведения электрохимических реакций окисления и восстановления, что приводило к возникновению потоков ионов и перемещению самого раствора. Рождавшееся при этом электрическое поле толкало стержень в одну сторону (медным концом вперёд).

Рис. 2. В зависимости от формы стержня (прямой или с изогнутым концом) авторы опыта получили линейное перемещение или вращение этого своеобразного нанодвигателя. Направление движения отмечено зелёными стрелками. Другие стрелки показывают перемещение электронов и ионов в ходе окислительно-восстановительных реакций (иллюстрация Ran Liu, Ayusman Sen/ American Chemical Society).

Получившийся эффект учёные называют самоэлектрофорезом. Взвешенные в растворе наностержни самостоятельно передвигаются за счёт явления, сходного с обычным электрофорезом, но без приложения внешнего поля.

Рис. 3. Глядя на копошение наностержней, трудно отделаться от ощущения, что это живые бактерии. Кстати, учёные добились от своих изделий скорости более 10 микрометров в секунду. Для стержней длиной 3,6 мкм это очень солидная величина (кадр Ran Liu, Ayusman Sen/ American Chemical Society).

Время работы батарейки-мотора зависит от концентрации окислителя и длины медного фрагмента, сообщает PhysOrg.com. В своих опытах учёные варьировали эти параметры, получая от 40 секунд до минуты движения стержней. Оно прекращалось, когда вся медь окислялась, превращаясь, к примеру, в иодид меди.

Хотя движение стрежней в растворе на большом масштабе времени хаотично, по идее, им можно научиться управлять, говорят экспериментаторы. Если добавить в такой стержень магнитный материал, можно влиять на его ориентацию в пространстве внешним полем.

Детали опыта можно посмотреть в статье:

Ran Liu and Ayusman Sen Autonomous Nanomotor Based on Copper–Platinum Segmented Nanobattery. – Journal of the American Chemical Society. – DOI: 10.1021/ja2082735; Publication Date (Web): September 30, 2011.