美開發納米級質量傳感器 可給單個原子稱重
http://www.debgrams.com 2008-08-01 10:55 來源：中國網
編者語：美國加州大學伯克利分校和伯克利實驗室的研究人員通過打造世界首個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(NEMS)。以此裝置測得的金原子質量為3.25 x 10^25千克。
此雙壁碳納米管納機電系統用于測量單個金原子質量
據美國每日科學網報道，美國加州大學伯克利分校和伯克利實驗室的研究人員通過打造世界首個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(NEMS)。此成果發表在最新出版的《自然-納米技術》雜志上。
加州大學伯克利分校物理系和伯克利實驗室材料科學部的物理學家亞歷克斯·澤特爾負責此項研究。澤特爾說："在過去的15年左右，納機電系統推動他們制造足夠靈敏且足夠小的裝置，因此他們現在能解決給單個原子或分子稱重的問題。"
此新式納機電系統質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，導致它以某種波動的共振頻率振動。
當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。我們通過磁場發射或噴霧讓它產生了振動，并探測到此碳納米管一端的電流變化。"
利用此納機電系統質量傳感器，澤特爾小組對單個金原子稱了重量，其質量為3.25 x 10^25千克。這意味著大約3億億億個金原子才能達到1千克。
之前也有其它的納機電系統充當質量傳感器，但大多數是由硅制成的，沒有一個能在室溫中具有測量單個原子質量的本領。澤特爾小組的碳納米管質量傳感器比典型的納機電系統共振器的體積小1千倍，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。"
雖然科學家通過復雜的技術――質譜儀可以測量單個原子的質量，但此新碳納米管納機電系統質量傳感器則有一些獨特優勢，為新的應用開啟了大門，延森解釋說。"不像質譜儀，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。同樣也不像質譜儀，我們的碳納米管質量傳感器在高質量范圍內更加靈敏，更適合于測量大的生物分子如DNA。最終，我們的裝置將變得足夠小，可以集成到芯片上。"
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