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美開發(fā)納米級質(zhì)量傳感器 可給單個(gè)原子稱重

http://m.007sbw.cn 2008-08-01 10:55 來源:中國網(wǎng)

   編者語:美國加州大學(xué)伯克利分校和伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過打造世界首個(gè)全功能性的納米管裝置,成功建造了一個(gè)可以給金原子稱重的納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)。以此裝置測得的金原子質(zhì)量為3.25 x 10^25千克。 



                               此雙壁碳納米管納機(jī)電系統(tǒng)用于測量單個(gè)金原子質(zhì)量


  據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)報(bào)道,美國加州大學(xué)伯克利分校和伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過打造世界首個(gè)全功能性的納米管裝置,成功建造了一個(gè)可以給金原子稱重的納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)。此成果發(fā)表在最新出版的《自然-納米技術(shù)》雜志上。

  加州大學(xué)伯克利分校物理系和伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的物理學(xué)家亞歷克斯·澤特爾負(fù)責(zé)此項(xiàng)研究。澤特爾說:"在過去的15年左右,納機(jī)電系統(tǒng)推動(dòng)他們制造足夠靈敏且足夠小的裝置,因此他們現(xiàn)在能解決給單個(gè)原子或分子稱重的問題。"

  此新式納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器由單個(gè)碳納米管組成,有雙層壁,具有全部電子特性,且硬度增加了。碳納米管的一端可自由活動(dòng),而另一端入則連接在一個(gè)電極上,且距離相對的電極相當(dāng)近。來自電池或太陽能電池上的直流電源與這對電極相連,導(dǎo)致它以某種波動(dòng)的共振頻率振動(dòng)。

  當(dāng)一個(gè)原子或分子被存放在此碳納米管上面時(shí),此碳納米管的共振頻率就會(huì)因此原子或分子的質(zhì)量而改變,類似于不同體重的跳水運(yùn)動(dòng)員會(huì)改變跳水板的共振頻率一樣。此研究小組成員肯尼思·延森說:"讓碳納米管振動(dòng)很簡單,難的就是探知其振動(dòng)的微小變化。我們通過磁場發(fā)射或噴霧讓它產(chǎn)生了振動(dòng),并探測到此碳納米管一端的電流變化。"

  利用此納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器,澤特爾小組對單個(gè)金原子稱了重量,其質(zhì)量為3.25 x 10^25千克。這意味著大約3億億億個(gè)金原子才能達(dá)到1千克。

  之前也有其它的納機(jī)電系統(tǒng)充當(dāng)質(zhì)量傳感器,但大多數(shù)是由硅制成的,沒有一個(gè)能在室溫中具有測量單個(gè)原子質(zhì)量的本領(lǐng)。澤特爾小組的碳納米管質(zhì)量傳感器比典型的納機(jī)電系統(tǒng)共振器的體積小1千倍,可以測量直徑只有十億分之一米和長度只有千萬分之一米的東西。延森說:"碳納米管是這一應(yīng)用的理想材料,它們足夠小的尺寸使它們在室溫下足夠靈敏地感知單個(gè)原子的存在。"

  雖然科學(xué)家通過復(fù)雜的技術(shù)――質(zhì)譜儀可以測量單個(gè)原子的質(zhì)量,但此新碳納米管納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器則有一些獨(dú)特優(yōu)勢,為新的應(yīng)用開啟了大門,延森解釋說。"不像質(zhì)譜儀,我們的裝置不需對中性原子和分子進(jìn)行離子化,從而避免損壞樣品,如蛋白質(zhì)。同樣也不像質(zhì)譜儀,我們的碳納米管質(zhì)量傳感器在高質(zhì)量范圍內(nèi)更加靈敏,更適合于測量大的生物分子如DNA。最終,我們的裝置將變得足夠小,可以集成到芯片上。"

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