美開發(fā)納米級質(zhì)量傳感器 可給單個原子稱重

美國加州大學(xué)伯克利分校和伯克利實驗室的研究人員通過打造世界*全功能性的納米管裝置，成功建造了一個可以給金原子稱重的納機電系統(tǒng)（NEMS）。此成果發(fā)表在出版的《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驗室材料科學(xué)部的物理學(xué)家亞歷克斯·澤特爾負責(zé)此項研究。澤特爾說："在過去的5年左右，納機電系統(tǒng)推動他們足夠靈敏且足夠小的裝置，因此他們現(xiàn)在能解決給單個原子或分子稱重的問題。"

　此新式納機電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器由單個碳納米管組成，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，而另一端入則連接在一個電極上，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)致它以某種波動的共振頻率振動。

　當(dāng)一個原子或分子被存放在此碳納米管上面時，此碳納米管的共振頻率就會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動員會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："讓碳納米管振動很簡單，難的就是探知其振動的微小變化。我們通過磁場發(fā)射或噴霧讓它產(chǎn)生了振動，并探測到此碳納米管一端的電流變化。"

　利用此納機電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器，澤特爾小組對單個金原子稱了重量，其質(zhì)量為3.25 x 0^25千克。這意味著大約3億億億個金原子才能達到千克。

　之前也有其它的納機電系統(tǒng)充當(dāng)質(zhì)量傳感器，但大多數(shù)是由硅制成的，沒有一個能在室溫中具有測量單個原子質(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電系統(tǒng)共振器的體積小千倍，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)譜儀可以測量單個原子的質(zhì)量，但此新碳納米管納機電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器則有一些*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。zui終，我們的裝置將變得足夠小，可以集成到芯片上。"

美開發(fā)納米級質(zhì)量傳感器 可給單個原子稱重