Группа исследователей из России, Белоруссии и Испании, возглавляемая профессором Московского физико-технического института Юрием Лозовиком, разработала микроскопический высокочувствительный датчик силы, состоящий из углеродных нанотрубок. Ученые использовали две нанотрубки различного типа, одна из которых является традиционной нанотрубкой, а вторая представляет собой длинный цилиндр, имеющий двойные стенки. Эти две нанотрубки закреплены и размещены таким образом, что их свободные концы находятся друг против друга на очень маленьком расстоянии. К нанотрубкам, которые выступают в качестве электродов, приложен небольшой электрический потенциал и через всю получившуюся конструкцию течет электрический ток силой около 10 наноампер.
Стенки углеродных нанотрубок являются замечательными электрическими проводниками, а через маленький промежуток ток течет за счет эффекта квантового туннелирования, позволяющим электронам за счет квантовых эффектов преодолевать небольшие барьеры и промежутки. Текущий через промежуток ток называют туннельным током и это явление достаточно широко используется в современной электронике, к примеру, в достаточно распространенных электронных приборах, называемых туннельными диодами.
В нанотрубочном датчике силы переменным параметром, указывающим на величину приложенной к нему силы, является отношение расстояния между концами нанотрубок к величине силы электрического тока. Величина тока позволяет вычислить относительное положение двух нанотрубок и, затем, абсолютное значение приложенного к датчику усилия.
Но сами нанотрубки еще не являются датчиком силы. Они лишь позволяют измерить деформацию пластины из упругого материала, на которой они и закреплены. Варьируя длину и толщину этих пластин, ученые могут изготавливать датчики, работающие в самых разных диапазонах. Демонстрируя работоспособность технологии, ученые изготовили датчики, способные измерить силы на уровне 10^-10 Ньютон, для сравнения, вес единственной бактерии составляет порядка 10^-14 Ньютон. Однако, разработанная учеными технология может быть использована не только для изготовления микровесов.
Ученые рассчитали, что если внутрь углеродной нанотрубки с двойными стенками поместить магнитные молекулы фуллеренов соответствующего размера, то воздействие на получившийся датчик внешним магнитным полем приведет к изменениям туннельного тока, текущего между нанотрубками. Такая модификация датчика превратит его в высокочувствительный датчик магнитных полей и потоков.
Первоисточник
Подпишись: