纳米电机系统：2014年Nature杂志报道的超高速旋转技术

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"超高速旋转的纳米机电系统（NEMS）是纳米技术领域的重要进展，特别是在推进纳米电子机械系统（NEMS）技术方面。这篇2014年在《自然》杂志上发表的文章，由Kwanoh Kim、Xiaobin Xu、Jianhe Guo和D.L. Fan共同完成，他们展示了如何设计并组装由纳米尺度组件构成的有序纳米电机阵列。这些纳米电机的核心组成部分包括作为转子的纳米线、用于支撑的模式化纳米磁铁以及作为定子的四极微电极。纳米电机的设计巧妙地结合了纳米级的电气、机械和磁性交互作用。通过电场控制，这些电机可以精确地进行定向旋转，速度高达每分钟18,000转以上，并且能够实现定向和旋转让步。作者运用详尽的分析模型，成功揭示了这些微观系统中的关键相互作用，这与实验结果高度吻合，为理解并设计金属纳米机电系统提供了深入的理解。这项研究的一大亮点是纳米电机的耐用性，它们可以连续旋转超过15万到24万次，显示出出色的稳定性和可靠性。这种高性能的特性使得纳米电机有潜力在生物化学释放等应用中发挥重要作用。例如，通过精确控制电机的旋转，研究人员能够实现对生物分子的精确释放，这对于药物输送和生物传感器等领域具有革命性的影响。这篇文章不仅展示了纳米电机技术在理论上的突破，也为实际应用提供了坚实的基础，预示着未来在微型化、高效能和精准控制领域的广阔前景。对于那些致力于纳米技术研究和开发的人来说，这篇《自然》杂志上的文章无疑是一篇里程碑式的文献，值得深入学习和借鉴。"

ARTICLE

Received 22 Jan 2014 | Accepted 12 Mar 2014 | Published 7 Apr 2014

Ultrahigh-speed rotating nanoelectromechanical

system devices assembled from nanoscale

building blocks

Kwanoh Kim

*, Xiaobin Xu

*, Jianhe Guo

* & D.L. Fan

1,2

The development of rotary nanomotors is crucial for advancing nanoelectromechanical

system technology. In this work, we report design, assembly and rotation of ordered arrays of

nanomotors. The nanomotors are bottom-up assembled from nanoscale building blocks with

nanowires as rotors, patterned nanomagnets as bearings and quadrupole microelectrodes as

stators. Arrays of nanomotors rotate with controlled angle, speed (over 18,000 r.p.m.), and

chirality by electric ﬁelds. Using analytical modelling, we reveal the fundamental nanoscale

electrical, mechanical and magnetic interactions in the nanomotor system, which excellently

agrees with experimental results and provides critical understanding for designing metallic

nanoelectromechanical systems. The nanomotors can be continuously rotated for 15 h over

240,000 cycles. They are applied for controlled biochemical release and demonstrate

releasing rate of biochemicals on nanoparticles that can be precisely tuned by mechanical

rotations. The innovations reported in this research, from concept, design and actuation to

application, are relevant to nanoelectromechanical system, nanomedicine, microﬂuidics and

lab-on-a-chip architectures.

DOI: 10.1038/ncomms4632

Department of Mechanical Engineering, The University of Texas at Austin, Austin, Texas 78712, USA.

Materials Science and Engineering Program, The

University of Texas at Austin, Austin, Texas 78712, USA. * These authors contributed equally to this work. Correspondence and requests for materials should

be addressed to D.L.F. (email: dfan@austin.utexas.edu).

NATURE COMMUNICATIONS | 5:3632 | DOI: 10.1038/ncomms4632 | www.nature.com/naturecommunications 1

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