(Phys.org) —Trill een oplossing van staafvormige metalen nanodeeltjes in water met ultrageluid en ze zullen rond hun lange assen draaien als kleine boortjes. Waarom? Niemand weet het nog precies. Maar onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben hun snelheid geklokt - en het is snel. Tot 150, 000 omwentelingen per minuut, deze nanomotoren roteren 10 keer sneller dan enig object op nanoschaal dat ooit in vloeistof is ondergedompeld.

De ontdekking van deze duizelingwekkende snelheid heeft de mogelijkheid geopend dat ze niet alleen kunnen worden gebruikt om in het lichaam te bewegen - de aanzet voor het onderzoek - maar ook voor machinale bewerking en menging op hoge snelheid.

Wetenschappers hebben de afgelopen jaren onderzocht hoe ze nanomotoren in vloeistoffen kunnen laten bewegen. Een groep in Penn State die op zoek was naar een biologisch vriendelijke manier om nanomotoren voort te stuwen, merkte in 2012 voor het eerst op dat metalen nanostaafjes bewogen en roteerden als reactie op ultrageluid. veld. De Penn State-groep toonde vervolgens aan dat deze nanomotoren in een kankercel kunnen worden voortgestuwd.

Maar niemand wist waarom of hoe snel de nanomotoren draaiden. Dit laatste is een meetprobleem, onderzoekers van NIST werkten samen met de Penn State-groep om het op te lossen.

"Als nanomotoren in een biologische omgeving moeten worden gebruikt, dan is het belangrijk om te begrijpen hoe ze omgaan met de vloeistof en objecten om hen heen, ", zegt NIST-projectleider Samuel Stavis. "We gebruikten nanodeeltjes om de waterstroom rond de nanomotoren te volgen, en we gebruikten die meting om hun rotatiesnelheid af te leiden. We ontdekten dat de nanomotoren verrassend snel draaiden."

Het NIST-team klokte de rotatie van de nanomotoren door de 2 micrometer lange, 300 nanometer brede gouden staven met 400 nanometer diameter polystyreenkralen in water en ze tussen glas en siliconenplaten met een luidspreker-achtige shaker eronder. Vervolgens trilden ze de shaker met een ultrasone toon van 3 megahertz - veel te hoog voor jou of je hond om te horen - en keken hoe de motoren en kralen bewegen.

Terwijl de motoren in water draaien, ze creëren een draaikolk om hen heen. Kralen die dichtbij komen, worden meegesleurd door de vortex en wervelen rond de staven. Door te meten hoe ver de kralen van de staven verwijderd zijn en hoe snel ze bewegen, de groep kon uitzoeken hoe snel de motoren draaiden - met een belangrijk voorbehoud.

"De grootte van de nanostaafjes is belangrijk in onze metingen", zegt NIST-natuurkundige Andrew Balk. "We ontdekten dat zelfs kleine variaties in de afmetingen van de staaf grote meetonzekerheden veroorzaken, dus ze moeten zo uniform mogelijk worden gefabriceerd voor toekomstige studies en toepassingen."

Volgens de onderzoekers is de rotatiesnelheid van de nanomotoren lijkt onafhankelijk te zijn van hun voorwaartse beweging. Het onafhankelijk kunnen regelen van de "snelheid en voeding" van de nanomotoren zou de mogelijkheid bieden dat ze kunnen worden gebruikt als roterend gereedschap voor machinale bewerking en mengen.

Toekomstige onderzoekspistes zijn onder meer proberen te ontdekken waarom de motoren precies draaien en hoe de vortex rond de staven hun interactie met elkaar beïnvloedt.