Mikromotor - Micromotor
Mikromotorer er meget små partikler (målt i mikroner ), der kan bevæge sig selv. Udtrykket bruges ofte ombytteligt med " nanomotorisk " på trods af den implicitte størrelsesforskel. Disse mikromotorer driver sig selv autonomt i en bestemt retning, når de placeres i en kemisk opløsning. Der er mange forskellige mikromotortyper, der fungerer under en række mekanismer. Let de vigtigste eksempler er biologiske motorer såsom bakterier og andre selvkørende celler. Syntetisk har forskere udnyttet oxidationsreduktionsreaktioner til at producere kemiske gradienter, lokale væskestrømme eller strømme af bobler, der derefter driver disse mikromotorer gennem kemiske medier.
Mikromotorer kan have anvendelser inden for medicin, da det har vist sig, at de er i stand til at levere materialer til levende celler i en organisme. De har også vist sig at være effektive til at nedbryde visse kemiske og biologiske krigsførende stoffer.
Janus motor fremdrift
Janus-kuglemikromotorer består normalt af to eller flere forskellige komponenter, for eksempel et titandioxidoverfladelag og et stærkt reduktionsmiddel indre lag eller belægning. Interaktionen mellem de to lag under bestråling af UV-lys frembringer en asymmetrisk produktgradient som et resultat af fotokatalytisk nedbrydning. Typiske Janus-motorer har normalt en størrelse på ca. 30 μm med en lille åbning på 2 μm på det ydre (aktive) lag. Dette fører til eksponering af den indre kerne, som typisk er brændstofkilden til fremdrivningsmekanismen. Hulets diameter styrer hastigheden og hastigheden af reaktionen.
Implementering af nanopartikler
Inkorporering af nanopartikler i mikromotorer er for nylig blevet undersøgt og observeret yderligere. Specifikt er guldnanopartikler blevet introduceret til det traditionelle ydre lag af titandioxid i de fleste mikromotorer. Størrelsen på disse guldnanopartikler er typisk fordelt fra hvor som helst omkring 3 nm til 30 nm. Da disse guldnanopartikler er lagdelt oven på den indre kerne (normalt et reduktionsmiddel, såsom magnesium), observeres der forbedret makrogalvanisk korrosion. Teknisk er det her, hvor katoden og anoden er i kontakt med hinanden og skaber et kredsløb. Katoden er korroderet som et resultat af kredsløbet. Udtømningen af denne indre kerne fører til reduktion af det kemiske miljø som brændstofkilde. For eksempel i en TiO 2 / Au / Mg mikromotor i et havvandsmiljø, vil den indre magnesiumkerne opleve korrosion og reducere vand for at starte en kæde af reaktioner, der resulterer i brintgas som en brændstofkilde. Reduktionsreaktionen er som følger:
Ansøgninger
Forskere håber, at mikromotorer vil blive brugt i medicin til at levere medicin og gøre andre præcise småskalainterventioner. En undersøgelse har vist, at mikromotorer kunne levere guldpartikler til mavelaget af levende mus.
Fotokatalytisk nedbrydning af biologiske og kemiske krigsføringsmidler
Mikromotorer er i stand til fotokatalytisk nedbrydning med den passende sammensætning. Specifikt undersøges og undersøges mikromotorer med et yderlag af titandioxid / guld nanopartikler og indre indre magnesium for deres nedbrydningseffektivitet mod kemiske og biologiske krigsførende stoffer (CBWA). Disse nye TiO 2 / Au / Mg mikromotorer producerer ingen reagenser eller toksiske biprodukter fra fremdrivnings- og nedbrydningsmekanismerne. De er dog meget effektive mod CBWA'er og udgør en fuldstændig og hurtig nedbrydning af visse CBWA'er. Der er aktuelle forskning af TiO 2 / Au / Mg mikromotorer og deres anvendelse og nedbrydning effektivitet mod biologiske kampstoffer, såsom Bacillus anthracis, og kemiske kampstoffer, såsom organaphosphate nervekampmidler - en klasse af acetylkolinesterasehæmmere inhibitorer . Derfor er anvendelse af disse mikromotorer en mulighed for forsvar og miljømæssige applikationer.
Fotokatalytisk nedbrydningsmekanisme
Disse nye mikromotorer er sammensat af et fotoaktivt fotokatalysator ydre / overfladelag, der ofte også har aktive metal nanopartikler (platin, guld, sølv osv.). Under UV-bestråling producerer det adsorberede vand stærkt oxiderende hydroxylradikaler. Også, adsorberet molekylære O 2 reagerer med elektroner, der producerer superoxidanioner. Disse superoxidanioner producerer også til produktion af peroxidradikaler, hydroxylradikaler og hydroxylanioner. Transformation til kuldioxid og vand, ellers kendt som mineralisering , af CWA'er er blevet observeret som et resultat af radikaler og anioner . Også de aktive metalnanopartikler forskyder effektivt Fermi-niveauet for fotokatalysatoren og forbedrer fordelingen af elektronladningen. Derfor forlænges levetiden for radikaler og anioner, så implementeringen af de aktive metal-nanopartikler har i høj grad forbedret fotokatalytisk effektivitet.
