Hjulet er en af de mest grundlæggende opfindelser i teknologiens historie. Derfor har en ny nanobil langt større betydning end blot at være en spøjs gimmick.
At forskerne nu har genopfundet hjulet på nanoniveau, betyder at nanoteknologerne har fået en universal-del, som kan anvendes til at bygge flere og mere komplekse maskiner.
»Molekyler, som fremviser hjullignende rullende bevægelser burde fremme forståelsen af grundlæggende begreber for nanomaskineri,« skriver James Tour og hans kollegaer i en artikel i seneste udgave af tidsskriftet 'Organic Letters'.
Her præsenterer de nanodragsteren, og forklarer, hvordan de har bygget den.
Kulstofhjul
Baghjulene er formet som en kugle af 60 kulstofatomer i et femkantsmønster. Sådanne nanokugler kaldes 'buckminsterfullerener', eller blot 'buckeyballs'.
Dette er en klassisk form, som har stor mekanisk styrke, og bliver derfor også brugt i store bygninger som radarkupler. Formen er opkaldt efter forskeren og futuristen Richard Buckminster Fuller, som allerede i 1949 konstruerede sådanne kuppelformede konstruktioner.
Hjulene fastgøres til aksler, som igen fastgøres til selve karosseriet, som er blot 1,8 milliontedel millimeter langt.
Akselbredden er større end længden på nanobilen. Dette er ikke gjort for at undgå at vælte i hårnålesving, men simpelthen for at kunne skelne mellem bredde- og længdeaksen på bilen i mikroskopet, således at man kan se, at den faktisk ruller i længderetningen, sådan som den skal, og ikke bare skrider sidelæns.
Vej af guld
Tour og hans kollegaer har også tidligere bygget biler med sådanne fulleren-hjul. Den første rullede ud fra 'nanofabrikken' i 2005, og sidste efterår modtog Tour Feynmanprisen fra den amerikanske tænketank 'Foresight Institute' for sine nanobiler.
Forskerne har ladet nanobilen køre på en 'vej' af guld. Guld giver det bedste kompromis mellem vejgreb og bevægelighed.
'Vejgreb' i nanoskala betyder svage kemiske bindinger til underlaget, såkaldt adsorption. Er vejgrebet for lille, vil nanobilen bare skøjte i alle retninger. Er vejgrebet for stort, vil nanobilen sidde fast i guldvejen.
Et problem ved fulleren-hjulene er, at guldvejen skal varmes op til mindst 200 grader for at vejgrebet ikke skal blive for stort.
Ny type forhjul
Derfor har den nye nano-dragster en anden type forhjul, som er mindre. De er lavet af karboraner, et molekyle som består af kulstof, bor og brint.
Disse karboran-forhjul klistrer sig ikke så hårdt fast til underlaget som fulleren-baghjulene, og guldvejen kan derfor holde en lavere temperatur.
Nano-dragsteren har ingen motor. For at få den til at køre, skal den placeres i et elektrisk felt. Det er muligt at styre dragsteren ved at ændre kemiske bindinger, således at forhjulenes aksler ændrer vinkel. Derved kan den køre lige frem eller svinge.
© forskning.no. Oversat af Johnny Oreskov
Bygger med mikroskop
At bygge en nanobil kræver ekstremt præcist værktøj, og tilsvarende teknikker for at se det som bygges. Forskerne bruger et tunnelmikroskop både til at se og bygge. Tunnelmikroskopet består af en ekstremt tynd tråd af metallet wolfram med en spids på blot ét atoms bredde.
Denne spids føres blot en nanometer fra det objekt, som skal undersøges. Der, hvor der er enkeltatomer, løber en lille elektrisk strøm fra objektet til wolframspidsen, den såkaldte tunneleffekt. På denne måde kan et billede af atomerne opbygges ved at scanne hen over objektet.
Men tunnelmikroskopet kan også bruges til at bygge med atomer ved at manipulere atomer og molekyler direkte. Karosseriet og akslerne bygges først af organiske molekyler, og så sættes de kugleformede hjul på til sidst.
