什么是机械合成(Mechanosynthesis)？

化学合成是一种传统的（自然界中普遍存在的）引发化学反应的方法，数百万或更多的反应物分子被组合在液体或蒸汽中，使它们通过热运动随机碰撞，直到产生足够数量的所需反应产物。相比之下，在机械合成中，分子机械系统是一种先进的...

化学合成是一种传统的（自然界中普遍存在的）引发化学反应的方法，数百万或更多的反应物分子被组合在液体或蒸汽中，使它们通过热运动随机碰撞，直到产生足够数量的所需反应产物。相比之下，在机械合成中，分子机械系统是一种先进的化学合成技术，在程序指令下操作，将单个分子或原子与另一个分子或原子连接起来，以定向有序的方式结合在一起，避免了不必要的反应，提高了反应的吞吐量2003年，Oyabu等人利用扫描隧道显微镜（STM）对硅进行了初步的机械合成研究，并在2003年对其进行了初步的研究，Oyabu和他的合作者仅使用机械力来制造和破坏共价原子键。这项壮举是在真空环境中的低温下完成的。早些时候，1988年，IBM的研究人员在铜表面拼出了带有氙原子的字母“IBM”。这不是真正的机械合成，但是证明了用STM操纵单个原子的可行性，STM是一种带有单原子尖端的显微镜工具。原则上，用STM针头操纵单个分子是可以做到的，尽管过程的自动化很困难。对于机械合成来说，这不是一种科学的好奇心，对于制造实用的产品，它必须以大规模并行的方式进行，利用更灵活的原子构造块，如碳，自我复制和通用机械手将是非常理想的这种装置被最初设想它的科学家埃里克·德雷克斯勒（Eric Drexler）博士称为分子组装器。1986年，德雷克斯勒就这个主题发表了一篇广受欢迎的论述，创造的引擎，然后在1992年发表了更具技术性的纳米系统，它概述了一系列利用机械合成过程的分子机器。如果能开发出一种基于碳机械合成的自我复制组装器，那么自复制的指数增长可以使千克数量只在几十个复制周期内产生，即使分子汇编器本身只重几皮克，也可以指导组装者合作构建宏观产品，如计算机、电动工具和汽车。利用精确定向的原子级结构，这些产品可以在预先确定的位置上使用每个原子来制造将允许在几个领域的性能提高几个数量级，例如电机的功率密度和加工元件的小型化。相比之下，我们目前的机械是由相对粗糙的工艺制造的，这种未来制造方法被称为分子纳米技术或分子制造

发表于 2020-09-18 04:54
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分类：科学教育

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