導讀： 作為最簡單和最小的電機之一，包含一個旋轉內管和一個固定外管的雙壁碳納米管（double-walled carbon nanotube，DWCNT）將在未來納米器件中發揮重要作用。在最新的研究中，研究人員研究在恒定的高溫條件下，DWCNT內管的旋轉行為。
　　中國西北農林科技大學和澳大利亞國立大學的研究人員K Cai等在Nanotechnology雜志上，詳細介紹了有關DWCNT旋轉電機的研究進展。
　 科學家解釋說DWCNT有潛力成為一種高效的電機，這主要是由于它結合了兩種重要特性：強共價鍵導致的單根管內的高強度，以及范德瓦爾斯力導致的兩根相鄰管的弱相互作用力。
　　正如之前的研究所述，內管可以通過轉動或平移運動（向前或向后）移動至外管中。這兩種類型的運動通常結合在一起，從而形成管的螺旋形運動。內管的這一特殊運動軌跡由其與外管的原子相互作用力所決定。

圖片說明：模擬實驗中，在第3000皮秒和第3001皮秒的DWCNT內管旋轉示意圖。

  之前的研究已展示了DWCNT的許多納米級運動現象，比如幾乎可以忽略不計的摩擦力和與溫度梯度成正比的驅動力。在最新的研究中，研究人員通過模擬發現無梯度變化的恒溫條件可使DWCNT轉動。大約在室溫下（300K），內管失去其幾何對稱性，并開始轉動。研究人員發現了三種影響內管轉動的因素：環境溫度、外觀固定部分的長度和管間間距。
　　研究人員通過分子動力學模擬發現，相比于較低溫度，在300K時，隨著內管的動能越來越高，內管的轉動頻率增加。因為內管產生了更高的扭矩，所以當外管的全長不變時，其轉動頻率同樣增加。另外，當管間間距接近于石墨烯薄片之間的臨界距離，即0.335nm時，轉動頻率也會增加。但管間間距小于此距離，管間摩擦力增加，而當管間間距變大時，各管中的相互作用力變弱，同樣轉動也會減弱。
　　為了無梯度溫度場驅動的DWCNT旋轉在下一代納米機電系統中廣泛應用，還需要進一步的研究。
　　Cai 說：“與其他任何納米電機相比，比如電動電機和流動氣體驅動電機，熱DWCNT電機更簡單、更小，操作起來也更方便。尤其是，其內管的轉動頻率范圍廣，可用于電磁納米器件中的信息傳遞，諸如轉換器和存儲器等。”
　　在未來工作中，研究人員將研究逐步改善此電機的性能。
　　Cai說：“我們需要設計一種穩健的DWCNT電機。比如，應當有更穩定的納米結構、可精確調節的轉動狀態，并可在局域電磁場中進行測量。”

圖片說明：五種模擬的雙壁碳納米管，其中藍色和橙色分別表示內管和外管參數。