Нанокар - Nanocar

Нанокар с C60 фуллерен колеса[1]
Химическая структура наномашины. Колеса представляют собой молекулы фуллерена C60.
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
  • 58142572 Нанокар с алкильными боковыми цепями
  • 58142571 Структура ядра Nanocar
Характеристики
C430ЧАС274О12
Молярная масса5632.769
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

В нанокар молекула, созданная в 2005 г. Университет Райса группой под руководством профессора Джеймс тур. Несмотря на название, оригинальный нанокар не содержит молекулярный мотор следовательно, это не совсем машина. Скорее, он был разработан, чтобы ответить на вопрос, как фуллерены передвигаться по металлическим поверхностям; в частности, катятся ли они или скользят (катятся).

Молекула состоит из Н-образного «шасси» с фуллерен группы, прикрепленные к четырем углам, чтобы действовать как колеса.

При рассредоточении по золото поверхности, молекулы прикрепляются к поверхности через свои фуллереновые группы и обнаруживаются через сканирующая туннельная микроскопия. Об их ориентации можно судить по тому, что длина рамки немного короче 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 алкин «ось» через углерод-углерод одинарная облигация. 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 по мере поворота молекулы. Перекатывание было подтверждено профессором Кевином Келли, также 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 молекулярной нанотехнологии (ноябрь 1997 г.).[2] Впоследствии расширенная версия была опубликована в Анналы невероятных исследований.[3] Предполагалось, что эти статьи станут не столь уж серьезным вкладом в фундаментальные дебаты об ограничениях дрекслеровской нанотехнологии снизу вверх и концептуальных пределах того, насколько далеко продвинулись механистические аналогии Эрик Дрекслер может быть выполнено. Важной особенностью этой концепции наномашины был тот факт, что все молекулярные составляющие игрушек были известными и синтезированными молекулами (увы, некоторые очень экзотические и только недавно обнаруженные, например Staffanes и особенно - железное колесо, 1995), в отличие от некоторых дрекслеровских алмазоидных структур, которые только постулировались и никогда не синтезировались; 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

Химическая структура нанодрагстера. Меньшие колеса п-карборан с метил группы и большие колеса C
60 фуллерен.[1]

В Нанодрагстер, названный самым маленьким в мире хотрод, представляет собой молекулярный наномашин.[1][4] Конструкция усовершенствована по сравнению с предыдущими конструкциями нанокаров и является шагом к созданию молекулярные машины. Название происходит от сходства нанокара с драгстер, поскольку его установка колес в шахматном порядке имеет более короткую ось с меньшими колесами спереди и большую ось с большими колесами сзади.

Нанокар был разработан в Университет Райса Институт Ричарда Э. Смолли Наноразмерная наука и технология командой Джеймс тур, Кевин Келли и другие коллеги, участвовавшие в его исследованиях.[5][6] Предыдущая разработанная наномашина имела размеры от 3 до 4 нанометров, что было немного больше[ширина?] нить ДНК и был примерно в 20 000 раз тоньше человеческого волоса.[7] Эти нанокары были построены из углерода. Bukyballs для их четырех колес, поэтому для его движения требовалось 400 ° F (200 ° C). С другой стороны, нанавтомобиль, в котором использовались p-карборан колеса движутся как по льду.[8] Такие наблюдения привели к производству нанокаров с колесами обеих конструкций.

Nanodragster в 50 000 раз тоньше человеческого волоса, а его максимальная скорость составляет 0,014 миллиметра в час (0,0006 дюйма / ч).[4][9][10] Задние колеса сферические фуллерен молекулы, или бакиболлы, состоящие из шестидесяти атомов углерода каждая, которые притягиваются к ленте, состоящей из очень тонкого слоя золото. Эта конструкция также позволила команде Тура работать с устройством при более низких температурах.

Нанодрагстер и другие наномашины предназначены для транспортировки 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 исследования нанокаров, помогут построить эффективные каталитические системы в будущем.

Направленное движение четырехколесной молекулы по металлической поверхности с электрическим приводом

Kudernac и другие. описал специально разработанную молекулу с четырьмя моторизованными «колесами». Путем осаждения молекулы на поверхность меди и обеспечения их достаточной энергией от электронов сканирующий туннельный микроскоп они были способны двигать некоторые молекулы в определенном направлении, во многом как автомобиль, 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 электрический нанокар был построен под наблюдением Гронингенский университет химик Бернард Л. Феринга, который был награжден Нобелевская премия по химии в 2016 году за новаторскую работу над наномоторы, вместе с Жан-Пьер Соваж и Дж. Фрейзер Стоддарт.[13]

Моторный наноавтомобиль

Будущий наноавтомобиль с синтетический молекулярный мотор был разработан Жаном-Франсуа Мореном и другие.[14] Он оснащен карборан колеса и фары геликен синтетический молекулярный мотор. Хотя мотор часть показал однонаправленное вращение в растворе, движение на поверхности под действием света еще не наблюдалось. Подвижность в воде и других жидкостях также может быть реализована молекулярный пропеллер в будущем.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Shirai, Y .; и другие. (2005). «Направленное управление в одномолекулярных наноавтомобилях с тепловым приводом». Nano Lett. 5 (11): 2330–34. Bibcode:2005NanoL ... 5.2330S. Дои:10.1021 / nl051915k. PMID  16277478.
  2. ^ М. Т. Михалевич Нано-автомобили: сбывшаяся мечта Фейнмана или главный вызов автомобильной промышленности. Аннотация публикации. Пятая Форсайт-конференция по молекулярной нанотехнологии, Пало-Альто (5-8 ноября 1997 г.)
  3. ^ M.T. Михалевич Нано-автомобили: новые технологии для строительства пирамид Buckyball В архиве 2018-06-19 в Wayback Machine, Анналы невероятных исследований, Vol. IV, № 3, март / апрель 1998 г.
  4. ^ а б Хадхази, Адам (19 января 2010 г.). «Самый крошечный хотрод в мире стимулирует нанотехнологии». Новости NBC. Получено 20 января 2010.
  5. ^ "Техасские ученые разрабатывают нанодрагстер"'". Нанотехнологии сейчас. Получено 2010-01-19.
  6. ^ Shirai, Y .; и другие. (2005). «Направленное управление в одномолекулярных наноавтомобилях с тепловым приводом». Nano Lett. 5 (11): 2330–34. Bibcode:2005NanoL ... 5.2330S. Дои:10.1021 / nl051915k. PMID  16277478.
  7. ^ «Предыдущие спецификации Nanocar». Будущее вещей. Архивировано из оригинал на 2007-07-14. Получено 2010-01-20.
  8. ^ «Самый маленький хотрод в мире, сделанный с использованием нанотехнологий».
  9. ^ "'«Гонки Нанодрагстера в будущее молекулярных машин». Science Daily. Получено 2010-01-19.
  10. ^ "'Гонки Нанодрагстера в будущее молекулярных машин ». Nano Techwire. Архивировано из оригинал на 2011-07-14. Получено 2010-01-20.
  11. ^ «Новая модель Nanocar в выставочном зале». Будущее вещей. Архивировано из оригинал на 2007-07-14. Получено 2010-01-20.
  12. ^ 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:2011Натура.479..208K. Дои:10.1038 / природа10587. PMID  22071765.
  13. ^ Нобелевская премия по химии 2016 года была присуждена совместно Жан-Пьеру Соважу, сэру Дж. Фрейзеру Стоддарту и Бернарду Л. Феринге «за разработку и синтез молекулярных машин».
  14. ^ Морен, Жан-Франсуа; Шираи, Ясухиро; Тур, Джеймс М. (2006). «По дороге к моторизованному нанокарам». Орг. Латыш. 8 (8): 1713–16. Дои:10.1021 / ol060445d. PMID  16597148.