Minimotormolecuul

Het blijkt te kunnen: een motor die uit één molucuul bestaat en waarvan de afzonderlijke atomen de onderdelen vormen.

Onderzoekers aan de TU Delft hebben een elektromotor ontworpen waarvan het essentiële onderdeel bestaat uit één molecuul. Kleiner kan niet. Eerdere extreem kleine motoren werden in gang gezet door licht of een magnetisch veld. Dit is de eerste blauwdruk voor een nano-elektromotor. Aandrijving met elektriciteit is in veel opzichten praktischer.

De rotor, het draaiende gedeelte van de motor, bestaat uit een as van voornamelijk koolstofatomen. De as zit ingeklemd tussen gouden elektroden. Loodrecht op die as is een anthraceenmolecuul bevestigd. Dit molecuul geeft de rotor als het ware twee schoepen, waarvan de ene van nature positief geladen is en de andere negatief. Wanneer op een elektrode vlakbij een wisselspanning wordt gezet, worden de schoepen door het elektrische veld beurtelings aangetrokken en afgestoten en kan het zaakje gaan draaien.

Projectleider Jos Seldenthuis benadrukt dat de motor alleen nog op papier bestaat. „Dit molecuul moet nog worden gesynthetiseerd. Maar het lijkt erop dat dat geen probleem wordt. Bovendien is het molecuul vrij makkelijk aan te passen, als dat synthese eenvoudiger maakt.” Seldenthuis heeft in de publicatie van zijn groep in ACS Nano (11 oktober online) zelfs al een verbeterd molecuul beschreven. Het anthraceenmolecuul dat hierboven is genoemd heeft een vrij lage energiedrempel voor het in beweging komt. Als gevolg daarvan laat het zich alleen bij lage temperaturen (tot ongeveer -200 graden) de wet voorschrijven. Bij kamertemperatuur wappert het onbeheersbaar rond. Het alternatieve molecuul moet wat meer weerstand overwinnen voor het draait en heeft daardoor het voordeel dat het bij kamertemperatuur bestuurbaar is.

Hoe weet je dat zo’n moleculaire rotor werkelijk draait? Daar is een trucje voor. Door de twee goudelektroden wordt een stroompje gestuurd. Als de rotor in rust is, is er weinig weerstand. Als de rotor draait, komt dat door de wisselspanning die aan de ‘schoepen’ trekt en duwt. De as van de rotor raakt daardoor ietwat verwrongen, wat de weerstand vergroot. Een hogere weerstand betekent dus dat het zaakje draait.

Seldenthuis: „Het voordeel van elektrische aandrijving is dat we een groot elektrisch veld kunnen genereren op de plek waar het nodig is. En het molecuul reageert daar sterk op. Een magnetisch veld is veel moeilijker te maken en dat kan ook niet zo dichtbij.” Om toepassingen maakt zijn groep zich nog niet druk. „Maar je kunt denken aan pompachtige transportmechanismen zoals die ook bestaan in membranen en levende cellen. Met dit soort motoren kun je die wellicht nabootsen, bijvoorbeeld in medische toepassingen.”

Herbert Blankesteijn