Como uno de los motores más simples y pequeños, Un nanotubo de carbono de doble pared (DWCNT) con un tubo interior giratorio y un tubo exterior fijo puede que algún día juegue un papel importante en una variedad de nanodispositivos futuros. En un nuevo estudio, Los investigadores han estudiado el comportamiento de rotación de la cámara de aire de un motor DWCNT cuyo movimiento es inducido por una temperatura uniforme relativamente alta.

Los investigadores, K. Cai, et al., en la Universidad Northwest A&F en Yangling, Porcelana, y la Universidad Nacional de Australia en Acton, Australia, han publicado su artículo sobre motores rotativos DWCNT en un número reciente de Nanotecnología .

Como explican los científicos, Los DWCNT tienen el potencial de actuar como motores efectivos debido a la combinación de dos propiedades importantes:la gran resistencia de cada tubo individual debido a sus fuertes enlaces covalentes, y la débil interacción entre los dos tubos adyacentes debido a las repulsivas interacciones de van der Waals.

Como ha demostrado una investigación anterior, el tubo interior puede moverse dentro del tubo exterior mediante un movimiento de rotación o traslación (hacia adelante y hacia atrás). A menudo, estos dos tipos de movimiento se combinan para que el tubo siga una órbita helicoidal. La pista de movimiento específica del tubo interior está determinada por su interacción atómica con el tubo exterior. Estudios anteriores han revelado varios fenómenos relacionados con el movimiento de DWCNT a nanoescala, como una fricción extremadamente pequeña y una fuerza motriz que es proporcional a los gradientes de temperatura.

En el nuevo estudio, Los investigadores han demostrado en simulaciones que la rotación en un motor DWCNT puede ser inducida por un motor sin gradiente, temperatura uniforme. Aproximadamente a temperatura ambiente (300 K), la cámara de aire pierde su simetría geométrica, haciendo que gire. Los investigadores investigaron tres factores que influyen en la rotación de las cámaras de aire:la temperatura ambiental, la longitud de la parte fija del tubo exterior, y la brecha entre tubos.

Usando simulaciones de dinámica molecular, los investigadores encontraron que la frecuencia de rotación de la cámara de aire aumenta a una temperatura de 300 K en comparación con temperaturas más bajas, a medida que la cámara de aire gana mayor energía cinética. La frecuencia de rotación también aumenta cuando se fija la longitud total del tubo exterior porque esto crea un par de torsión más alto en el tubo interior. Y finalmente, la frecuencia de rotación aumenta cuando el espacio entre tubos está cerca de una distancia crítica entre dos hojas de grafeno, en este caso 0,335 nm. Cuando la brecha es menor que esto, la fricción entre tubos aumenta, y cuando la brecha es mayor, hay una interacción más débil entre los tubos que disminuye el movimiento de rotación.

Con más trabajo, un gradiente, El motor giratorio impulsado por temperatura hecho de un DWCNT podría tener amplias aplicaciones en la próxima generación de sistemas nanoelectromecánicos (NEMS).

"En comparación con cualquier otro nanomotor, p.ej., motores eléctricos y motores de gas fluídico, Los motores térmicos DWCNT son más simples, más pequeño y más fácil de operar, "Cai dijo Phys.org . "En particular, la frecuencia de rotación del tubo interior es amplia, que podría utilizarse para la transferencia de mensajes en nanodispositivos electromagnéticos, como interruptores, recuerdos, etc. "

En el futuro, los investigadores planean realizar más mejoras en el motor.

"Debe diseñarse un motor DWCNT robusto, "Cai dijo". Por ejemplo, la nanoestructura debe ser estable, el estado de rotación debe ser ajustable con alta precisión y con la medición del campo electromagnético local ".

© 2014 Phys.org