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赋能纳米引擎:可光触发的纳米“炸药”

随着纳米时代的到来,纳米机器人作为一种强大而神秘的武器或者修复工具,多次出现在好莱坞科幻大片中,并为人们津津乐道。但是真正要实现纳米机器的功能,除了尺寸要做小以外,如何驱动和控制这些纳米机器人是其成为现实的首要问题。当器件尺寸小到纳米尺度(头发丝的万分之一)的时候,传统能量的补给方式如电能、化学能似乎无能为力或者极为低效,因此急需一种高效便捷的能量转化方式用于纳米尺度的驱动。


武汉大学物理科学与技术学院丁涛点击查看介绍)课题组发现Au@C60核壳结构的纳米颗粒在经过激光照射后,很容易将内部的金核以极快的速度喷射出去(图1a,b)。经过大量统计,他们发现喷射与否以及喷射的距离与辐照的时间以及功率正相关(图1c)。通过光电倍增管结合示波器监测金纳米颗粒喷射过程的光散射变化,以及一系列能量和动量守恒的换算,他们发现颗粒的初始速度可高达300 m/s,喷射的瞬时作用力可达1 μN,这比之前已知的纳米机器要高几个数量级(图1d),可以认为是一种纳米尺度上的“炸药”。

图1. Au@C60纳米颗粒在激光诱导下发生喷射现象


他们进一步将这种纳米“炸药”填入到多孔的AAO模板中(炮筒),在激光的触发下这些金属纳米颗粒像火箭一样向上喷出,将动量传递给上面的二氧化硅微球,使其在固体表面发生移动,其移动的方向可以通过激光照射的位点粗略控制。其移动的距离可以通过多次激光光照实现连续运动(图2)。这种光学触发的纳米“炸药”为纳米机器的运转提供了强大的动力来源,对纳米驱动、纳米力学的发展具有重要的借鉴意义。

图2. 光学触发Au@C60纳米炸药长程驱动二氧化硅微球在AAO表面运动


相关工作以论文的形式发表在国际著名期刊ACS Nano 上,硕士生王煦杰为第一作者,丁涛教授为通讯作者。该工作还得到武汉大学土木工程学院的向俊庠博士和刘泽教授的帮助和支持。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Optically Triggered Nanoscale Plasmonic Dynamite

Xujie Wang, Chi Zhang, Fangqi Chen, Junxiang Xiang, Shuangshuang Wang, Ze Liu, and Tao Ding*

ACS Nano2022, DOI: 10.1021/acsnano.2c02402


导师介绍

丁涛

https://www.x-mol.com/university/faculty/53923 


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