Нанокар
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК 7 4 ,16 5 -Бис[(2,5-бис(децилокси)-4-{[(C 60 - I h )[5,6]фуллерен-1(9 H )-ил]этинил}фенил)этинил]-4 2 ,4 5 ,10 2 ,10 5 ,13 2 ,13 5 ,19 2 ,19 5 -октакис(децилокси)-1 9 Ч , 22 9 H -1,22(1)-di(C 60 - I h )[5,6]fullerena-4,10,13,19(1,4),7,16(1,2)-hexabenzenadodecaphane-2,5,8,11,14,17,20-heptayne | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) |
|
| ХимическийПаук | |
| Характеристики | |
| С 430 Ч 274 О 12 | |
| Молярная масса | 5632.769 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Нанокар Университете — это молекула, разработанная в 2005 году в Райса группой, возглавляемой профессором Джеймсом Туром . Несмотря на название, оригинальный наноавтомобиль не содержит молекулярного двигателя , следовательно, на самом деле это не автомобиль. Скорее, он был разработан, чтобы ответить на вопрос, как фуллерены движутся по металлическим поверхностям; в частности, катятся ли они или скользят (катятся).
Молекула состоит из Н-образного «шасси» с фуллереновыми группами, прикрепленными по четырем углам и выполняющими роль колес.
При диспергировании на поверхности золота молекулы прикрепляются к поверхности через свои фуллереновые группы и обнаруживаются с помощью сканирующей туннельной микроскопии . Об их ориентации можно судить по тому, что длина рамки немного короче ее ширины.
При нагреве поверхности до 200 °C молекулы движутся вперед и назад, катясь на своих фуллереновых «колесах». Наноавтомобиль способен катиться, потому что фуллереновое колесо прикреплено к алкиновой «оси» через одинарную углерод-углеродную связь . Водород на соседнем углероде не является большим препятствием для свободного вращения. Когда температура достаточно высока, четыре связи углерод-углерод вращаются, и автомобиль катится. Иногда направление движения меняется по мере поворота молекулы. Вращающееся действие было подтверждено профессором Кевином Келли, также из Райса, путем вытягивания молекулы кончиком СТМ .
Независимый ранний концептуальный вклад
[ редактировать ]Концепция наноавтомобиля, построенного из молекулярных «игрушек», была впервые выдвинута М.Т. Михалевичем на Пятой Форсайт-конференции по молекулярным нанотехнологиям (ноябрь 1997 г.). [2] Впоследствии расширенная версия была опубликована в Annals of Improbable Research . [3] Предполагалось, что эти статьи станут не столь серьёзным вкладом в фундаментальную дискуссию о пределах восходящей дрекслеровской нанотехнологии и концептуальных пределах того, насколько далеко механистические аналогии, выдвинутые Эриком Дрекслером могут быть реализованы . Важной особенностью этой концепции наноавтомобилей был тот факт, что все молекулярные компоненты тинкер-игрушек были известны и синтезированы молекулами (увы, некоторые очень экзотические и только недавно открытые, например, стаффаны и особенно – железное колесо, 1995), в отличие от некоторых дрекслеровских алмазоидных структур. которые были только постулированы и никогда не синтезировались; и система привода, которая была встроена в железное колесо и приводилась в движение неоднородным или зависящим от времени магнитным полем подложки - концепция «двигателя в колесе».
Нанодрагстер
[ редактировать ]
Nanodragster , названный самым маленьким в мире хот-родом , представляет собой молекулярный наноавтомобиль. [1] [4] Эта конструкция усовершенствована по сравнению с предыдущими конструкциями наноавтомобилей и является шагом на пути к созданию молекулярных машин . Название происходит от сходства нанокара с драгстером , поскольку его колеса расположены в шахматном порядке: более короткая ось с меньшими колесами спереди и большая ось с большими колесами сзади.
Наноавтомобиль был разработан в Институте наномасштабной науки и технологий имени Ричарда Э. Смолли при Университете Райса командой Джеймса Тура , Кевина Келли и других коллег, участвовавших в его исследованиях. [5] [6] Предыдущий разработанный наноавтомобиль имел размер от 3 до 4 нанометров, что чуть больше [ширина?] нить ДНК и была примерно в 20 000 раз тоньше человеческого волоса. [7] Эти наноавтомобили были построены с карбоновыми шариками в качестве четырех колес, а поверхность, на которой они были размещены, требовала температуры 400 ° F (200 ° C), чтобы она могла двигаться. С другой стороны, наноавтомобиль, в котором использованы колеса из п- карборана, движется так, как будто скользит по льду, а не катится. [8] Такие наблюдения привели к производству наноавтомобилей с обеими конструкциями колес.
Нанодрагстер в 50 000 раз тоньше человеческого волоса и имеет максимальную скорость 0,014 миллиметров в час (0,0006 дюймов в час или 3,89×10 −9 РС). [4] [9] [10] Задние колеса представляют собой сферические молекулы фуллеренов , или бакиболы, состоящие из шестидесяти атомов углерода каждое, которые притягиваются к дрэг-стрипу, состоящему из очень тонкого слоя золота . Эта конструкция также позволила команде Тура эксплуатировать устройство при более низких температурах.
Нанодрагстер и другие наномашины предназначены для транспортировки предметов. Эту технологию можно использовать при производстве компьютерных схем и электронных компонентов или в сочетании с фармацевтическими препаратами внутри человеческого тела. [11] Тур также предположил, что знания, полученные в результате исследований наноавтомобилей, помогут создавать эффективные каталитические системы в будущем .
Направленное движение четырехколесной молекулы с электрическим приводом по металлической поверхности.
[ редактировать ]Кудернац и др. описал специально разработанную молекулу, имеющую четыре моторизованных «колеса». Поместив молекулу на медную поверхность и снабдив ее достаточной энергией от электронов сканирующего туннельного микроскопа, они смогли направить некоторые молекулы в определенном направлении, как автомобиль, став первой одиночной молекулой, способной продолжать движение в определенном направлении. в одном и том же направлении по поверхности. Неупругое туннелирование электронов вызывает конформационные изменения в роторах и перемещает молекулу по медной поверхности. Изменяя направление вращательного движения отдельных двигательных единиц, самодвижущаяся молекулярная «четырехколесная» структура может следовать случайным или преимущественно линейным траекториям. Эта конструкция обеспечивает отправную точку для исследования более сложных молекулярно-механических систем, возможно, с полным контролем над направлением их движения. [12] Этот наноавтомобиль с электрическим приводом был построен под руководством Гронингенского университета химика Бернарда Л. Феринга , который был удостоен Нобелевской премии по химии в 2016 году за новаторскую работу над наномоторами , совместно с Жан-Пьером Соважем и Дж. Фрейзером Стоддартом . [13]
Моторный наноавтомобиль
[ редактировать ]Будущий наноавтомобиль с синтетическим молекулярным двигателем был разработан Жаном-Франсуа Мореном и др. [14] Он оснащен карборановыми колесами и легким гелиценовым синтетическим молекулярным двигателем. Хотя моторный фрагмент в растворе демонстрирует однонаправленное вращение, движение на поверхности под действием света еще не наблюдалось. Мобильность в воде и других жидкостях также может быть реализована с помощью молекулярного пропеллера в будущем .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Шираи, Ю.; и др. (2005). «Управление направлением в одномолекулярных нанокарах с термическим приводом». Нано Летт . 5 (11): 2330–34. Бибкод : 2005NanoL...5.2330S . дои : 10.1021/nl051915k . ПМИД 16277478 .
- ^ М.Т. Михалевич Наноавтомобили: сбывшаяся мечта Фейнмана или главный вызов автомобильной промышленности . Аннотация публикации. Пятая конференция по прогнозированию молекулярных нанотехнологий, Пало-Альто (5–8 ноября 1997 г.)
- ^ М.Т. Михалевич Наноавтомобили: технология строительства пирамид Бакиболла. Архивировано 19 июня 2018 г. в Wayback Machine , Annals of Improbable Research, Vol. IV, № 3, март/апрель 1998 г.
- ^ Jump up to: а б Хадхази, Адам (19 января 2010 г.). «Самый маленький в мире хот-род стимулирует нанотехнологии» . Новости Эн-Би-Си . Проверено 20 января 2010 г. [ мертвая ссылка ]
- ^ «Техасские учёные разработали «нанодрагстер» » . Нанотехнологии сейчас . Проверено 19 января 2010 г.
- ^ Шираи, Ю.; и др. (2005). «Управление направлением в одномолекулярных нанокарах с термическим приводом». Нано Летт . 5 (11): 2330–34. Бибкод : 2005NanoL...5.2330S . дои : 10.1021/nl051915k . ПМИД 16277478 .
- ^ «Предыдущие характеристики нанокара» . Будущее вещей . Архивировано из оригинала 14 июля 2007 г. Проверено 20 января 2010 г.
- ^ «Самый маленький в мире хот-род, созданный с использованием нанотехнологий» . Живая наука . 19 января 2010 г.
- ^ « Нанодрагстер мчится к будущему молекулярных машин» . Наука Дейли . Проверено 19 января 2010 г.
- ^ « Нанодрагстер мчится к будущему молекулярных машин» . Нано Техвайр . Архивировано из оригинала 14 июля 2011 г. Проверено 20 января 2010 г.
- ^ «Новая модель Nanocar в выставочном зале» . Будущее вещей . Архивировано из оригинала 14 июля 2007 г. Проверено 20 января 2010 г.
- ^ Кудернац, Тибор; Руангсупапичат, Ноппорн; Паршау, Манфред; Макиа, Беатрис; Кацонис, Натали; Арутюнян Сюзанна Р.; Эрнст, Карл-Хайнц; Феринга, Бен Л. (2011). «Направленное движение четырехколесной молекулы по металлической поверхности с электрическим приводом». Природа . 479 (7372): 208–11. Бибкод : 2011Natur.479..208K . дои : 10.1038/nature10587 . ПМИД 22071765 . S2CID 6175720 .
- ^ Нобелевская премия по химии 2016 года была присуждена совместно Жан-Пьеру Соважу, сэру Дж. Фрейзеру Стоддарту и Бернарду Л. Феринга «за разработку и синтез молекулярных машин».
- ^ Морен, Жан-Франсуа; Шираи, Ясухиро; Тур, Джеймс М. (2006). «На пути к моторизованному наноавтомобилю». Орг. Летт . 8 (8): 1713–16. дои : 10.1021/ol060445d . ПМИД 16597148 .