Elektrizität treibt Makromotor an
Einem Team der niederländischen Universität Twente ist es gelungen, einen Motor in Molekülgröße zu bauen. Der Molekülmotor wandelt chemische Energie in Bewegung um, genau wie eine Dampfmaschine Wärmeenergie in Bewegung umwandelt. Durch Reduktion/Oxidation dehnt sich der synthetische Motor aus bzw. schrumpft zusammen und verformt so ein künstliches Polymer um bis zu 47 nm (47 millionstel Meter). Wenngleich diese Zahl nicht groß erscheint, besteht die wissenschaftliche Errungenschaft darin, dass es zum ersten Mal gelungen ist, in der Natur auftretende Molekül-"Motoren" in vergleichbarer Größe nachzubilden. Bei dem Verfahren wird ein bestimmtes synthetisches Polymer, PFS (Polyferrocenyldimethylsilan), verwendet, das nicht in lang gestreckten Strängen, sondern in Ketten oder Knäueln auftritt, die an eine verwundene Spiralfeder erinnern. Dieses Polymer wird mit Eisen angereichert und anschließend anhand von elektrischem Strom oxidiert und reduziert (Entziehung und Zuführung von Elektronen). Das Polymer dehnt sich aus, wenn das Eisenmolekül ein Elektron abgibt und somit positiv geladen wird. Dazu heißt es in dem Forschungsbericht: "Die positive Ladung ist über die Polymerketten verteilt; [...] vermutlich führen elektrostatische Wechselbeziehungen zwischen den Ladungen entlang der Polymerketten dazu, dass der Abstand zwischen Segmenten gleicher Ladung steigt, sodass sich die Ketten strecken." Mit anderen Worten: Ist das Molekül positiv geladen, stoßen sich die Polymerketten gegenseitig ab und drängen nach außen. Führt man das Elektron wieder zu, sodass das System wieder elektrisch neutral wird, dann kehren die Ketten in ihre ursprüngliche Form zurück. Die Effizienz des Motors liegt bei fünf Prozent, und dieser bietet gegenüber bisherigen Makromolekülmotoren deutliche Vorteile. Erstens ist der Vorgang vollständig reversibel, und zweitens ist die Kontrollmöglichkeit sehr groß. Für den "Betrieb" bisheriger Makromolekülmotoren bedurfte es der Wirkung von Licht, während dieser neue Motor kleiner als die Wellenlänge von Licht und somit unsichtbar ist. Aufgrund der Tatsache, dass der Makromolekülmotor sehr exakt platziert und der Strom sehr genau eingesetzt werden können, eignet er sich sehr gut für den Einsatz in Makromolekül- und Nanokomponenten. Da der Makromolekülmotor aufgrund seiner geringen Abmessungen unsichtbar ist, wurden die Messungen mithilfe eines Rasterkraftmikroskops vorgenommen.
Länder
Niederlande