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得克萨斯大学的研究人员们设计了一种固态纳米光马达，能利用光照为纳米大小的设备供能。这种光马达解决了此前纳米光马达在液态环境中工作困难的问题。据研究小组介绍，他们所开发的光驱动纳米马达尺寸小于100纳米，是世上首台在固态环境下运行的纳米马达。
这种微型、轻型驱动的纳米马达有望在普通环境中在芯片上使用，因此应用潜力巨大。马达的旋转能收集灰尘以及其他颗粒，因此可用于空气质量检测；纳米马达还可用于驱动人体药物输送等纳米设备、或者为微型无人机及其他微型飞行器提供动力，以执行测量和监视等任务。
当光线照射时，光热纳米马达会在固体衬底上旋转。研究人员在固体衬底上加了一层薄相变材料，因此纳米马达能呈现固态。光线照射薄膜时，薄膜会发生局部可逆的从固体到准液相的变化；这种相变减少了纳米马达的摩擦力，驱动马达发生旋转。
图1 纳米马达旋转图示；光线照射时，纳米马达在固体基底上转动
液体环境中的纳米马达会受到布朗运动的影响，水分子会推动光驱动纳米马达，影响其转动；马达越小，布朗运动越强。当马达脱离液体环境后，布朗运动的影响将大大减小，限制纳米马达应用的最大障碍之一随之解决。
得克萨斯大学的研究团队通过光控制纳米马达的粒子-基底相互作用和热毛细驱动，演示了固体基底上直径80纳米的金纳米颗粒围绕激光束轨道的旋转运动。
据研究人员说，纳米马达介于尺度更小的分子机器、和尺度更大的微型发动机之间。纳米马达是对生物结构的模拟，而自然界中的生物“马达”能驱动细胞的分裂和运动；这两种生物马达的协同作用将赋予生物体机动性。此外，纳米马达也是不断发展的微型电源领域的重要部分。
然而，在将这些微型马达真正应用之前，研究人员仍需理解其原理，团队成员说。研究人员将继续对这种纳米光马达改进，提高其性能，使其更稳定、更容易控制。这些改进将提高纳米马达将光能转化为机械能的效率。
此外，这种光驱动的纳米马达有望代替电池，产生机械运动和动力。这种马达能将光转化为机械能，且无燃料驱动、无机械齿轮，因此有望为一系列固态微纳米机电系统提供动力。
此项研究发表于ACS Nano (www.doi.org/10.1021/acsnano.1c09800)。
