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    美國科學家成功制造了只有2納米寬的可大規模生產的分子發動機

       日期:2023-01-13     來源:宇宙與科學    瀏覽:7872    評論:0    
    核心提示:電動汽車在我們的街道和高速公路上越來越普遍,近200年前,物理學家們邁出了第一小步,將電動發動機帶到了世界上,這些安靜、環
           電動汽車在我們的街道和高速公路上越來越普遍,近200年前,物理學家們邁出了第一小步,將電動發動機帶到了世界上,這些安靜、環保的機器才得以誕生?,F在,美國科學家領導的一個多學科團隊制造了一種肉眼看不見的電動機:一種分子尺度的電動機。將電能轉化為分子水平的單向運動的電機對材料科學,特別是醫學有著深遠的影響,在那里,電分子電機可以與人體內的生物細胞協同工作。
           美國科學家們解釋說:“我們將分子納米技術提升到了另一個水平,這種優雅的化學可以利用電子有效地驅動分子馬達,很像電動發動機。雖然這一化學領域還處于起步階段,但我預測有一天這些微小的馬達會在醫學上發揮非常巨大的作用。”這些分子電動馬達只有2納米寬,是第一個大規模生產的分子納米級電動單位,該電機易于制造,運行迅速,而且不會產生任何廢物??茖W家們專注于一種特定類型的分子,這種分子具有聯鎖環,被稱為連環鏈,通過強大的機械鍵連接在一起,因此這些成分可以相對彼此自由移動而不會分離。(幾十年前,斯托達特在機械鍵的創建中發揮了關鍵作用,這是一種新型的化學鍵,導致了分子機器的發展。)
          電分子馬達其組成部分是一個與兩個相同環互鎖的環,它們具有氧化還原活性,即它們可以響應于電壓電勢的變化而發生單向運動??茖W家們發現,實現這種單向運動需要兩個環,實驗表明,一個環與一個環互鎖的連環索不能作為電動機運行。一段時間以來,執行馬達功能的分子的合成和操作自己將外部能量轉化為定向運動——對化學、物理和分子納米技術領域的科學家提出了挑戰。
          為了實現突破,科學家們花了四年多的時間來設計和合成他們的電動分子發動機,科學家們還需要完成量子力學計算,以解釋電機背后的工作機制。“在分子尺度上控制組件的相對運動是一項艱巨的挑戰,因此合作至關重要,我們與合成、測量、計算化學和理論方面的專家合作,使我們能夠開發出一種在溶液中工作的電動分子馬達。”科學家們解釋說。
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           之前科學家們已經報道了一些單分子電動機的例子,但它們需要苛刻的操作條件,例如使用超高真空,并且還會產生廢物??茖W家們表示,他們的電動分子馬達的下一步是將許多馬達連接到電極表面,以影響表面,并最終完成一些有用的工作。
     

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