En tant que l'un des moteurs les plus simples et les plus petits, un nanotube de carbone à double paroi (DWCNT) avec un tube interne rotatif et un tube externe fixe pourrait un jour jouer un rôle majeur dans une variété de futurs nanodispositifs. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont étudié le comportement de rotation du tube intérieur d'un moteur DWCNT dont le mouvement est induit par une température uniforme relativement élevée.

Les chercheurs, K. Cai, et al., à la Northwest A&F University à Yangling, Chine, et l'Université nationale australienne à Acton, Australie, ont publié leur article sur les moteurs rotatifs DWCNT dans un récent numéro de Nanotechnologie .

Comme l'expliquent les scientifiques, Les DWCNT ont le potentiel d'agir comme des moteurs efficaces en raison de leur combinaison de deux propriétés importantes :la grande résistance de chaque tube individuel en raison de ses fortes liaisons covalentes, et la faible interaction entre les deux tubes adjacents due aux interactions répulsives de van der Waals.

Comme des recherches antérieures l'ont montré, le tube intérieur peut se déplacer à l'intérieur du tube extérieur par un mouvement de rotation ou de translation (en avant et en arrière). Souvent, ces deux types de mouvement sont combinés pour que le tube suive une orbite hélicoïdale. La trajectoire spécifique du mouvement du tube intérieur est déterminée par son interaction atomique avec le tube extérieur. Des études antérieures ont révélé divers phénomènes liés au mouvement des DWCNT à l'échelle nanométrique, tels qu'un frottement extrêmement faible et une force motrice proportionnelle aux gradients de température.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont montré dans des simulations que la rotation dans un moteur DWCNT peut être induite par un gradient sans, température uniforme. A environ la température ambiante (300 K), la chambre à air perd sa symétrie géométrique, la faisant tourner. Les chercheurs ont étudié trois facteurs qui influencent la rotation des chambres à air :la température ambiante, la longueur de la partie fixe du tube extérieur, et l'espace intertube.

À l'aide de simulations de dynamique moléculaire, les chercheurs ont découvert que la fréquence de rotation de la chambre à air augmente à une température de 300 K par rapport à des températures plus basses, à mesure que la chambre à air gagne une énergie cinétique plus élevée. La fréquence de rotation augmente également lorsque la longueur totale du tube extérieur est fixe car cela crée un couple plus élevé sur le tube intérieur. Et enfin, la fréquence de rotation augmente lorsque l'espace intertube est proche d'une distance critique entre deux feuilles de graphène, dans ce cas 0,335 nm. Lorsque l'écart est plus petit que cela, le frottement intertube augmente, et quand l'écart est plus grand, il y a une interaction plus faible entre les tubes qui diminue le mouvement de rotation.

Avec d'autres travaux, un sans dégradé, Le moteur rotatif entraîné par la température constitué d'un DWCNT pourrait avoir de larges applications dans la prochaine génération de systèmes nanoélectromécaniques (NEMS).

"Par rapport à tout autre nanomoteur, par exemple., moteurs électriques et moteurs fluidiques à gaz, les moteurs thermiques DWCNT sont plus simples, plus petit et plus facile à utiliser, " Cai a dit Phys.org . "En particulier, la fréquence de rotation du tube intérieur est large, qui pourrait être utilisé pour le transfert de messages dans des nanodispositifs électromagnétiques, tels que les interrupteurs, souvenirs, etc."

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'apporter d'autres améliorations au moteur.

"Un moteur DWCNT robuste doit être conçu, " dit Cai. " Par exemple, la nanostructure doit être stable, l'état de rotation doit être réglable avec une grande précision et avec la mesure du champ électromagnétique local."

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