Nanocar представляет собой молекулу , разработанная в 2005 году в Университете Райс группы во главе с профессором Джеймсом Tour . Несмотря на название, оригинальный нанокар не содержит молекулярного двигателя , следовательно, это не совсем автомобиль. Скорее, он был разработан, чтобы ответить на вопрос о том, как фуллерены перемещаются по металлическим поверхностям; в частности, катятся ли они или скользят (катятся).
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК 2- [2- [4- [2- [2- [2- [4- [2- [4- [2- [2,5-бис [2- [2,5-дидекокси-4- [2- (2H- [60] фуллерен-1-ил) этинил] фенил] этинил] фенил] этинил] -2,5-дидекоксифенил] этинил] -2,5-дидекоксифенил] этинил] -4- [2- [2,5-дидекокси-4- [2- (2H- [60] фуллерен-1-ил) этинил] фенил] этинил] фенил] этинил] -2,5-дидекоксифенил] этинил] -1H- [60 ] фуллерен | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) |
|
ChemSpider |
|
| |
| |
Характеристики | |
С 430 Н 274 О 12 | |
Молярная масса | 5632,769 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
Ссылки на инфобоксы | |
Молекула состоит из H-образного «шасси» с фуллереновыми группами, прикрепленными к четырем углам, которые действуют как колеса.
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 рамы немного меньше ее ширины.
При нагревании поверхности до 200 ° C молекулы движутся вперед и назад, катаясь на своих фуллереновых «колесах». Нанокар может катиться, потому что фуллереновое колесо прикреплено к алкиновой «оси» посредством одинарной углерод-углеродной связи . Водород на соседнем углероде не является большим препятствием для свободного вращения. Когда температура достаточно высока, четыре углерод-углеродные связи вращаются, и автомобиль катится. Иногда направление движения меняется, когда молекула поворачивается. Перекатывающее действие было подтверждено профессором Кевином Келли, также работающим в Райсе, путем вытягивания молекулы кончиком СТМ .
Независимый ранний концептуальный вклад
Концепция наномашины, построенной из молекулярных игрушек, была впервые выдвинута на Пятой конференции по предвидению молекулярных нанотехнологий (ноябрь 1997 г.). [2] Впоследствии расширенная версия была опубликована в « Анналах невероятных исследований» . [3] Предполагалось, что эти статьи станут несерьезным вкладом в фундаментальные дебаты об ограничениях восходящей дрекслеровской нанотехнологии и концептуальных пределах того, насколько далеко могут быть проведены механистические аналогии, продвинутые Эриком Дрекслером . Важной особенностью этой концепции нанокара был тот факт, что все молекулярные компоненты игрушек были известными и синтезированными молекулами (увы, некоторые очень экзотические и только недавно обнаруженные, например, стаффаны и, в частности , железное колесо, 1995 г.), в отличие от некоторых дрекслеровских алмазоидных структур. это только постулировалось и никогда не синтезировалось; и система привода, которая была встроена в железное колесо и приводилась в действие неоднородным или зависящим от времени магнитным полем подложки - концепция «двигатель в колесе».
Нанодрагстер
Nanodragster , дублированный самый маленький в мире горячий стержень , представляет собой молекулярный nanocar. [1] [4] Конструкция усовершенствована по сравнению с предыдущими конструкциями нанокаров и является шагом к созданию молекулярных машин . Название происходит от сходства нанокара с драгстером , поскольку его ступенчатая установка колес имеет более короткую ось с меньшими колесами спереди и большую ось с большими колесами сзади.
Наноавтомобиль был разработан в Институте наноразмерных исследований и технологий им. Ричарда Смолли Университета Райса командой Джеймса Тура , Кевина Келли и других коллег, участвовавших в его исследованиях. [5] [6] Размер предыдущего наноавтомобиля составлял от 3 до 4 нанометров, что немного превышало [ширину?] Нити ДНК и было примерно в 20 000 раз тоньше человеческого волоса. [7] Эти нанокары были построены с углеродными бакиболами в качестве четырех колес, а поверхность, на которой они были размещены, требовала температуры 400 ° F (200 ° C), чтобы заставить его двигаться. С другой стороны, нанавтомобиль, в котором используются колеса из п- карборана, движется не катится, а скользит по льду. [8] Такие наблюдения привели к производству нанокаров с обоими конструкциями колес.
Нанодрагстер в 50 000 раз тоньше человеческого волоса и имеет максимальную скорость 0,014 миллиметра в час (0,0006 дюйма / ч). [4] [9] [10] Задние колеса представляют собой сферические молекулы фуллерена или бакиболлы, каждая из которых состоит из шестидесяти атомов углерода, которые притягиваются к полосе, состоящей из очень тонкого слоя золота . Эта конструкция также позволила команде Тура использовать устройство при более низких температурах.
Нанодрагстер и другие наномашины предназначены для использования при транспортировке предметов. Эта технология может использоваться в 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 в области наномашин, помогут построить эффективные каталитические системы в будущем.
Направленное движение четырехколесной молекулы по металлической поверхности с электрическим приводом
Kudernac et al. описал специально разработанную молекулу с четырьмя моторизованными «колесами». Осаждая молекулу на поверхности меди и обеспечивая их достаточной энергией от электронов сканирующего туннельного микроскопа, они смогли направить некоторые молекулы в определенном направлении, как в автомобиле, будучи первой отдельной молекулой, способной продолжать движение. в том же направлении по поверхности. Неупругое электронное туннелирование вызывает конформационные изменения в роторах и перемещает молекулу по поверхности меди. Изменяя направление вращательного движения отдельных моторных единиц, самодвижущаяся молекулярная «четырехколесная» структура может следовать случайным или предпочтительно линейным траекториям. Эта конструкция обеспечивает отправную точку для исследования более сложных молекулярно-механических систем, возможно, с полным контролем их направления движения. [12] Этот наномотор с электрическим приводом был построен под руководством химика из Гронингенского университета Бернарда Л. Феринга , который вместе с Жан-Пьером Соважем и Дж. Фрейзером Стоддартом был удостоен Нобелевской премии по химии в 2016 году за новаторскую работу над наномоторами . [13]
Моторный наноавтомобиль
Жан-Франсуа Морин и др. Разработали будущий нанокар с синтетическим молекулярным мотором . [14] Он оснащен карборановыми колесами и легким геликеновым синтетическим молекулярным двигателем. Хотя моторная составляющая в растворе показывала однонаправленное вращение, движение на поверхности под действием света еще не наблюдалось. Подвижность в воде и других жидкостях в будущем может быть реализована с помощью молекулярного пропеллера .
Смотрите также
- NanoPutian
- Нанокар гонка
Рекомендации
- ^ a b c Shirai, Y .; и другие. (2005). «Направленное управление в одномолекулярных наноавтомобилях с тепловым приводом». Nano Lett . 5 (11): 2330–34. Bibcode : 2005NanoL ... 5.2330S . DOI : 10.1021 / nl051915k . PMID 16277478 .
- ^ MT Michalewicz Нано-автомобили: сбывшаяся мечта Фейнмана или окончательный вызов автомобильной промышленности . Аннотация публикации. Пятая Форсайт-конференция по молекулярной нанотехнологии, Пало-Альто (5-8 ноября 1997 г.)
- ^ MT Michalewicz Нано-машина: Включение технологии для строительства Buckyball Пирамиды в архиве 2018-06-19 в Wayback Machine , Анналы невероятных исследований, Vol. IV, № 3, март / апрель 1998 г.
- ^ а б Хадхази, Адам (19 января 2010 г.). «Самый крошечный хотрод в мире стимулирует нанотехнологии» . NBC News . Проверено 20 января 2010 года .
- ^ «Ученые Техас развивать„nanodragster “ » . Нанотехнологии сейчас . Проверено 19 января 2010 .
- ^ Shirai, Y .; и другие. (2005). «Направленное управление в одномолекулярных наноавтомобилях с тепловым приводом». Nano Lett . 5 (11): 2330–34. Bibcode : 2005NanoL ... 5.2330S . DOI : 10.1021 / nl051915k . PMID 16277478 .
- ^ «Предыдущие спецификации Nanocar» . Будущее вещей . Архивировано из оригинала на 2007-07-14 . Проверено 20 января 2010 .
- ^ «Самый маленький хотрод в мире, сделанный с использованием нанотехнологий» .
- ^ « „ Nanodragster“Races в будущее молекулярной машины» . Science Daily . Проверено 19 января 2010 .
- ^ « „ Расы Nanodragster“на будущее молекулярных машин» . Nano Techwire . Архивировано из оригинала на 2011-07-14 . Проверено 20 января 2010 .
- ^ «Новая модель нанокара в выставочном зале» . Будущее вещей . Архивировано из оригинала на 2007-07-14 . Проверено 20 января 2010 .
- ^ Кудернац, Тибор; Руангсупапичат, Ноппорн; Паршау, Манфред; MacIá, Беатрис; Катсонис, 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. Bibcode : 2011Natur.479..208K . DOI : 10,1038 / природа10587 . PMID 22071765 . S2CID 6175720 .
- ^ Нобелевская премия по химии 2016 была присуждена совместно Жан-Пьеру Соважу, сэру Дж. Фрейзеру Стоддарту и Бернарду Л. Феринге «за разработку и синтез молекулярных машин».
- ^ Морен, Жан-Франсуа; Шираи, Ясухиро; Тур, Джеймс М. (2006). «На пути к моторизованному нанокарабку». Орг. Lett . 8 (8): 1713–16. DOI : 10.1021 / ol060445d . PMID 16597148 .