L'électricité comme force motrice d'un macromoteur
Une équipe de l'université néerlandaise de Twente (Pays-Bas) est parvenue à construire un moteur de taille macro. De la même manière qu'un moteur à vapeur transforme de l'énergie thermique en mouvement, le moteur moléculaire est capable de convertir de l'énergie chimique en force motrice. Ce moteur synthétique se dilate et se contracte par réduction/oxydation, étirant un polymère synthétique jusqu'à 47 nm (47 millionièmes de mètre), ce qui n'est certes pas une longue distance, mais constitue quand même une première. C'est en effet la première fois que certains "moteurs" moléculaires présents dans la nature ont pu être reproduits avec succès à une échelle similaire. Le processus démarre à partir d'un polymère synthétique spécifique, connu sous le nom de PFS (poly-ferrocenydiméthylsilane), qui se présente sous la forme de "chaînes" ou d'"amas", et non pas en lignes droites, un peu comme un ressort cassé et emmêlé. Du fer est ajouté au polymère, lequel est ensuite oxydé et réduit (perte et ensuite ajout d'électrons) au moyen de courant électrique. Le polymère s'étire lorsque la molécule de fer perd un électron, acquérant ainsi une charge positive. "Les chaînes polymériques portent des charges positives qui se répartissent sur toute leur longueur [...]. Les scientifiques pensent que les interactions électrostatiques entre les charges le long de la chaîne polymérique allongent les distances entre les segments de charge identique, ce qui veut dire que la conformation étirée des chaînes s'en trouve facilitée", peut-on lire dans l'article. Autrement dit, lorsque la molécule est chargée positivement, les chaînes polymériques se repoussent mutuellement et subissent une action centrifuge. Une fois que l'électron revient et que le système redevient électriquement neutre, les chaînes retrouvent leur forme initiale. D'après les calculs réalisés, le moteur aurait une efficacité de 5 pour cent et comporterait des avantages considérables par rapport aux macromoteurs qui l'ont précédé. Tout d'abord, le système est totalement réversible. Ensuite, le niveau de contrôle est très élevé. L'effet moteur des types de moteur antérieurs reposait sur l'action de la lumière, alors que ce moteur, plus petit qu'une longueur d'onde de lumière, est invisible. Étant donné la possibilité de disposer le macromoteur et d'appliquer le courant avec une très grande précision, le macromoteur pourrait être facilement intégré à de futurs macro-appareils ou nano-appareils. En raison de sa taille minuscule qui le rend invisible, c'est grâce à un microscope à force atomique qu'il a pu être mesuré.
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Pays-Bas