ساخت باتری نوری با ماشین های مولکولی

برای اولین بار از نور بـرای بدسـت آوردن کـار مکـانیکی از یـک مولکـول منفـرد اسـتفاده شده است. هرمن گوب و همکارانش از دانشگاه لودویگ- ماکسیمیلیـان در مـونیخ در روشـی کـه  برای راه اندازی ماشینهای مولکولی نسل آینده استفاده شده است، یک مولکـول پلیمـری را از طریـق تاباندن نور روی آن تحت انبساط و انقباض قرار دادند. یک حامل متصل به مولکـول، نیروهـای اعمال شده بر مولکول را در طی این فرآیند اندازه میگیرد. ایـن کـار تـا قبـل از شکـستن مولکـول چندین بار تکرار میشود  باتری و فناوری نانو ابزار نانومتری بر پایه ماشینهای مولکولی، نقش عمدهای در آینـده الکترونیـک، پزشـکی و ارتباطات خواهد داشت، اما چالش عمده در توسعه این وسایل، یـافتن یـک منبـع نیـروی مناسـب است.

گروه گوب نـشان دادهاسـت کـه نـور مـیتوانـد بـرای نقـل وانتقـالات مکـانیکی در یـک  پلیمر آزوبنزنی مورد استفاده قرار گیرد. این پلیمر، یک مولکول زنجیرهای شکل شـاخه دار اسـت کـه میتواند یکی از دو ایزومر نوری ترانس و سیس مولکول اصلی باشـد. وقتـی کـه گـروه شـاخه در موقعیت ترانس قرار میگیرد، مولکول پلیمری بزرگتر است و وقتی کـه در موقعیـت سـیس باشـد، مولکول کوتاه تر است.
مدتهاست که شیمی دانها دریافته اند که با تاباندن نور با طول موجهای معین به ایـن مولکـول  ونیز استفاده از فرآیندهای شیمیایی در توده پلیمری میتوان حالت مولکولهای پلیمری را بین کوتـاه و بلند (سیس و ترانس) تغییر داد. اما گوب و همکارانش نشان دادهاند که ایـن اثـر حتـی در مـورد مولکولهای منفرد نیز وجود دارد.
محققان، یک نمونه از پلیمر شامل مخلوطی از مولکولهای کوتاه و بلند تهیه کردنـد و یـک حامل – به شکل یک میکروسکوپ نیروی اتمی- به یکی از مولکولهای سیس متصل کردند. پس از تاباندن نور به نمونه (با نور بنفش مرئی)، مولکولهای سیس به حالت ترانس تبدیل شدند و افـزایش نانومتر در طول این مولکولها موجب ثبت نیرو توسط حامل شد. وقتی این گروه، چنـدین بـار نور ماوراءبنفش با فرکانس بالاتر را به پلیمر تاباندند، پلیمر منقبض شده و نیروی تراکمـی مـشاهده شد.  محققان برای اثبات این موضوع که مولکول میتواند کار مکانیکی انجـام دهـد، آزمـایش را  پس از اعمال نیروی 500 پیکونیوتن به مولکول – از طریق حامل- تکرار کردند. آنها وقتی مولکول باتری و فناورینانو را مانند قبل تحت نوردهی قرار دادند، مشاهده کردند که مولکول در جهت عکـس نیـروی اعمـالی شروع به انبساط و انقباض میکند. محققان از این طریق کار مکانیکی انجام شده توسـط مولکـول را بر اساس تغییر طول آن به ازای نور تابانده شده محاسبه کردند.  اگرچه این فرآیند فعلاً غیرمفید و ناکارا به نظر میآید، لیکن این محققین امیدوارند کـه ایـن سیستم بتواند به صورت وسیله ای واقعی در آید .