Nghiên cứu của nhà hóa học của trường ĐH Rice, James Tour, Gufeng Wang trường NC State và các đồng nghiệp của họ được thực hiện khi trường Rice chuẩn bị tham gia Giải Đua Xe Nano đầu tiên tai Toulouse, Pháp vào tháng 10. Các nhà nghiên cứu của trường Rice là thành viên của một trong năm đội quốc tế dự định tham gia giải đua này.

Cũng giống như trong thế giới vĩ mô, điều kiện lái xe rất quan trọng đối với những chiếc xe nano. Mặc dù cuộc đua sẽ diễn ra trong môi trường chân không siêu lạnh, các nhà nghiên cứu của Rice vẫn nghĩ rằng sẽ thật khôn ngoan nếu nghiên cứu làm thế nào để mô hình xe nano mới nhất của họ có thể chạy được xa trong điều kiện tự nhiên hơn.

Nhà nghiên cứu Tour cho biết “Mục tiêu dài hạn của chúng tôi là tạo ra những chiếc máy nano có thể hoạt động trong môi trường xung quanh. Khi đó chúng sẽ có tiềm năng trở thành những công cụ hữu ích trong lĩnh vực dược phẩm và chế tạo từ dưới lên”.

Chiếc xe nano được chế tạo mới nhất của Rice có tính năng như bánh xe rắn như kim cương và kỵ nước (không thấm nước). Đặc tính kỵ nước có nghĩa rất quan trọng giúp cho việc giữ những chiếc xe nano bám với mặt đường, tuy nhiên nếu lốp xe quá kỵ nước thì xe có thể không di chuyển được. Đó là do những chất kỵ nước có xu hướng dính lại với nhau để giảm diện tích bề mặt tiếp xúc với nước. Những chất kỵ nước, hay không thấm nước, có khả năng điều chỉnh để trôi nổi tự do trong nước.

Trong các thử nghiệm gần đây nhất về những chiếc lốp mới của Rice, những chiếc xe nano được đặt trên bề mặt thủy tinh sạch hoặc thủy tinh có phủ polymiie polyethylene glycol (PEG). Mặt kính phủ PEG được dùng cho đặc tính chống bám bẩn – chống dính, trong khi mặt thủy tinh sạch được xử lý với hydrogen peroxide để các bánh xe kỵ nước khỏi bị dính.

Ông cho biết những chiếc xe không được lái quá nhiều vì đang trải qua các bài kiểm tra. Điểm chính ở đây là để thiết lập yếu tố động học cho quá trình chuyển động của xe và hiểu được sự tương tác bề mặt năng lượng tiềm năng giữa xe và bề mặt theo thời gian. Ông nói “Chúng tôi muốn biết điều gì làm một chiếc xe nano “nhấn phanh” và chúng ta phải dùng bao nhiêu ngoại lực để bắt đầu di chuyển nó một lần nữa”.

Các nhà nghiên cứu đã để những chiếc xe của họ chạy tự do trên bề mặt rắn tiếp xúc với không khí và theo dõi những cử động của chúng bằng những thẻ huỳnh quang được gắn vào.

Những chiếc xe chuyển động bằng khuếch tán Brown chậm dần trong suốt 24 giờ quan sát các bề mặt. Các bề mặt đã hấp thụ những phân tử từ không khí, ngày càng nhiều các phân tử bị mắc kẹt trên bề mặt, các mặt dần dần trở nên “bẩn” hơn trong suốt cuộc thí nghiệm. Mỗi xe nano là một phân tử phức tạp duy nhất chứa vài trăm nguyên tử, vì thế bất kỳ phân tử nào khác mà nó gặp phải trên đường là những trở ngại lớn cho hoạt động của chúng như dính bọt. Việc va chạm với một trong những vật cản này làm cho xe nano chậm lại và thậm chí bị mắc kẹt vĩnh viễn.

Nhà nghiên cứu Wang cho biết, từ góc độ năng lượng – có nghĩa là, mối quan hệ chặt chẽ giữa những chiếc ô tô phân tử và những chiếc ô tô này mắc kẹt trên đường – các phân tử bị hấp thụ từ không khí tạo ra những giếng năng lượng tiềm năng, giống như những vũng nhỏ trên bề mặt năng lượng tiềm năng. Những vũng này có thể làm chậm hoặc bẫy các xe nano vĩnh viễn.

Các thử nghiệm cho thấy gần như số xe nhiều gấp đôi di chuyển trên những mặt PEG không dính và tất cả đều di chuyển nhanh hơn một chút so với khi đi trên mặt thủy tinh trần.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng họ không thể nhìn thấy những mô hình mới với những chiếc kính hiển vi quét hiệu ứng bởi vì những mô hình này chỉ làm việc trong môi trường chân không và chúng phát ra năng lượng mà có thể ảnh hưởng đến chuyển động của những chiếc xe.

(Theo Dân trí)