美国加州大学伯克利分校和伯克利实验室的研究人员通过打造世界首个全功能性的纳米管装置，成功建造了一个可以给金原子称重的纳机电系统(MEMS)。以此装置测得的金原子质量为3.25x10^25千克。
此双壁碳纳米管纳机电系统用于测量单个金原子质量
据美国每日科学网报道，美国加州大学伯克利分校和伯克利实验室的研究人员通过打造世界首个全功能性的纳米管装置，成功建造了一个可以给金原子称重的纳机电系统(NEMS)。此成果发表在最新出版的《自然-纳米技术》杂志上。
加州大学伯克利分校物理系和伯克利实验室材料科学部的物理学家亚历克斯?泽特尔负责此项研究。泽特尔说：在过去的15年左右，纳机电系统推动他们制造足够灵敏且足够小的装置，因此他们现在能解决给单个原子或分子称重的问题。
此新式纳机电系统质量传感器由单个碳纳米管组成，有双层壁，具有全部电子特性，且硬度增加了。碳纳米管的一端可自由活动，而另一端入则连接在一个电极上，且距离相对的电极相当近。来自电池或太阳能电池上的直流电源与这对电极相连，导致它以某种波动的共振频率振动。
当一个原子或分子被存放在此碳纳米管上面时，此碳纳米管的共振频率就会因此原子或分子的质量而改变，类似于不同体重的跳水运动员会改变跳水板的共振频率一样。此研究小组成员肯尼思?延森说：让碳纳米管振动很简单，难的就是探知其振动的微小变化。我们通过磁场发射或喷雾让它产生了振动，并探测到此碳纳米管一端的电流变化。
利用此纳机电系统质量传感器，泽特尔小组对单个金原子称了重量，其质量为3.25x10^25千克。这意味着大约3亿亿亿个金原子才能达到1千克。
之前也有其它的纳机电系统充当质量传感器，但大多数是由硅制成的，没有一个能在室温中具有测量单个原子质量的本领。泽特尔小组的碳纳米管质量传感器比典型的纳机电系统共振器的体积小1千倍，可以测量直径只有十亿分之一米和长度只有千万分之一米的东西。延森说：碳纳米管是这一应用的理想材料，它们足够小的尺寸使它们在室温下足够灵敏地感知单个原子的存在。
虽然科学家通过复杂的技术――质谱仪可以测量单个原子的质量，但此新碳纳米管纳机电系统质量传感器则有一些独特优势，为新的应用开启了大门，延森解释说。不像质谱仪，我们的装置不需对中性原子和分子进行离子化，从而避免损坏样品，如蛋白质。同样也不像质谱仪，我们的碳纳米管质量传感器在高质量范围内更加灵敏，更适合于测量大的生物分子如DNA。最终，我们的装置将变得足够小，可以集成到芯片上。 |
