Mechanosynthesis

olecNano Le Mechanosynthesis en chimie est n'importe quelle synthèse chimique qui a lieu par seules les forces mécaniques.

Introduction

Dans le Chemosynthesis chimique conventionnel de synthèse ou de , les molécules réactives rencontrent un un autre par le mouvement thermique aléatoire dans un liquide ou une vapeur. Dans un processus présumé de mechanosynthesis, les molécules réactives seraient attachées aux systèmes mécaniques moléculaires, et leurs rencontres résulteraient des mouvements mécaniques les réunissant dans des ordres, des positions, et des orientations prévus. On l'envisage que le mechanosynthesis éviterait des réactions non désirées en maintenant les réactifs potentiels distants, et favoriserait fortement des réactions désirées en tenant des réactifs ensemble dans des orientations optimales pour beaucoup de cycles moléculaires de la vibration . Des systèmes de Mechanosynthetic seraient conçus pour ressembler à quelques mécanismes biologiques.

Tandis que la description du mechanosynthesis donnée ci-dessus n'a pas été encore réalisée, le primitif Mechanochemistry a été exécuté aux températures cryogéniques using les microscopes de perçage d'un tunnel de balayage de . Jusqu'ici, de tels dispositifs fournissent l'approche la plus étroite aux outils de fabrication pour la technologie moléculaire . Une plus large exploitation de mechanosynthesis attend une technologie plus de pointe pour construire les systèmes moléculaires de la machine - comprenant un assembleur moléculaire ou des précurseurs en.

Une grande partie de l'excitation concernant le respect mechanochemistry son utilisation potentielle dans l'ensemble automatisé du moléculaire-mesurent les dispositifs . De telles techniques semblent avoir beaucoup d'applications dans la médecine, l'aviation, l'extraction de ressource, la fabrication et la guerre. La plupart des explorations théoriques de telles machines se sont concentrées sur employer le carbone , en raison des nombreux liens forts il peut former, les nombreux types de chimie laiss de ces liens, et l'utilité de ces derniers colle dans des applications médicales et mécaniques. Le carbone forme le diamant, par exemple, qui si à bon marché disponible, serait un excellent matériel pour beaucoup de machines. Il a été suggéré, notamment par le K. Eric Drexler , que le mechanosynthesis soit fondamental à la fabrication moléculaire basée sur les nanofactories capables des objets macroscopiques de bâtiment avec la précision atomique. Le potentiel pour ces derniers a été contesté, notamment par le Richard Smalley de lauréat Nobel , menant à un conflit célèbre entre les deux d'entre eux - voir la nanotechnologie . La collaboration de Nanofactory, fondée par le Robert Freitas et le Ralph Merkle en 2000, est un effort continu focalisé faisant participer 23 chercheurs de 10 organismes et de 4 pays qui développe un développement nanofactory de position-commandé spécifiquement visé pratique de mechanosynthesis et de diamondoid de diamant d'ordre du jour de recherches.

Dans la pratique, l'obtention exactement d'une molécule à un endroit connu sur le bout du microscope est possible, mais a prouvé difficile à automatiser. Puisque les produits pratiques exigent au moins plusieurs centaines de million d'atomes, cette technique n'a pas encore prouvé pratique en formant un produit réel.

Le but mechanoassembly de la recherche se concentre en ce moment sur surmonter ces problèmes par calibrage, et choix des réactions appropriées de synthèse. Le premier produit à construire par ces moyens sera probablement (approximativement 1.000 nanomètres d'un côté) une machine-outil spécialisée et très petite qui peut établir des copies de elle-même using des moyens mechanochemical, sous la commande d'un ordinateur externe. Dans la littérature, un tel outil s'appelle un assembleur ou l'assembleur moléculaire. Une fois que les assembleurs existent, la croissance géométrique (copies tirant des copies) pourrait réduire le coût d'assembleurs rapidement. La commande par un ordinateur externe devrait alors permettre à de grands groupes d'assembleurs de construire de grands, utiles projets à la précision atomique. Un tel projet combinerait des bandes de conveyeur de moléculaire-niveau avec les assembleurs permanent-montés pour produire une usine .

En partie pour résoudre le ce et des questions relatives au sujet des dangers des accidents industriels du travail et des événements d'emballement équivalents au Chernobyl et au Bhopal , et l'issue plus à distance du Ecophagy , de la substance gluante grise et de la substance gluante verte (divers désastres potentiels résultant des replicators d'emballement, qui pourraient être construits using le mechanosynthesis) la société royale BRITANNIQUE et l'académie royale de BRITANNIQUE de la technologie dans le 2003 ont demandé une étude pour traiter ces issues et de plus grandes implications sociales et écologiques, ont mené par professeur Ann Dowling de la construction mécanique . Ceci a été prévu par certains pour prendre une position forte sur ces problèmes et potentiels - et pour suggérer n'importe quel chemin de développement à une théorie générale de soi-disant mechanosynthesis. Cependant, le rapport du nanotech de la société royale de ne s'est pas adressé à la fabrication moléculaire du tout, excepté pour l'écarter avec la substance gluante grise.

Les propositions techniques actuelles pour les nanofactories n'incluent pas individu-replier des nanorobots, et les directives morales récentes interdiraient le développement des possibilités sans contrainte d'individu-réplique dans les nanomachines.

Diamant Mechanosynthesis

Il y a un corps croissant de travail théorique peer-reviewed sur synthétiser le diamant en enlevant mécaniquement/ajoutant des atomes d'hydrogène et déposant des atomes de carbone (un processus connu sous le nom de mechanosynthesis ou DMS de diamant). Par exemple, le papier 2006 dans cet effort continu de recherches par Freitas, Merkle et leurs collaborateurs signale que le motif plus-étudié de tooltip de mechanosynthesis (DCB6Ge) place avec succès le dimère de carbone de C. ₂ sur la surface du diamant de C. (110) à 300K (température ambiante) et à 80K (la température d'azote liquide ), et que la variante de silicium (DCB6Si) fonctionne également à 80K mais pas à 300K. Ces tooltips sont prévus pour être employés seulement dans les environnements soigneusement commandés (par exemple, vide). Des limites acceptables maximum pour des erreurs de translation et de rotation de tooltip de déplacement sont rapportées en papier III -- des tooltips doivent être placés avec la grande exactitude pour éviter de coller le dimère inexactement.000 unités centrales de traitement des heures ont été investies dans cette étude.

Le motif de tooltip de DCB6Ge, au commencement décrit à une conférence de prévoyance en 2002, était le premier tooltip complet jamais proposé pour le mechanosynthesis de diamant et demeure le seul motif de tooltip qui a été avec succès simulé pour sa fonction prévue sur une pleine surface de diamant de 200 atomes. Bien qu'un papier en avance donne une vitesse prévue de placement de 1 dimère par seconde pour ce tooltip, cette limite a été imposée par l'à basse vitesse de recharger l'outil suivre une méthode de recharge inefficace et n'est pas basée sur n'importe quelle limitation inhérente dans la vitesse de l'utilisation d'un tooltip chargé. En plus, on n'a proposé aucun moyen de détection pour distinguer parmi les trois résultats possibles d'un placement essayé de dimère -- dépôt à l'endroit correct, dépôt à l'endroit faux, et manque de placer le dimère du tout -- parce que la proposition initiale était de placer le tooltip par la navigation à l'estime, avec la réaction appropriée assurée en concevant l'énergétique chimique appropriée et les forces en esclavage relatives pour l'interaction de tooltip-surface.

Davantage de recherche pour considérer des bouts alternatifs exigera la chimie informatique long et le travail de laboratoire difficile. Dans le 2000s tôt, un arrangement expérimental typique était d'attacher une molécule au bout d'un microscope atomique de force de , et puis emploie les capacités de positionnement précises du microscope de pousser la molécule sur le bout dans des autres sur un substrat. Depuis les angles et les distances peut être avec précision commandé, et la réaction se produit dans un vide, composés chimiques originaux et les arrangements sont possibles.

Histoire

On a proposé la technique des atomes simples mobiles mécaniquement par le Eric Drexler dans son de livre du 1986 les moteurs de la création .

Dans le 1988 , les chercheurs le institut de recherche de recherche de s Zürich d'IBM à 'ont avec succès orthographié le " de lettres ; IBM" ; en atomes de xénon sur une surface de cuivre cryogénique, validant excessivement l'approche. Depuis lors, un certain nombre de projets de recherche se sont engagés à employer les techniques semblables aux données d'ordinateur de magasin d'une mode compacte. Plus récemment la technique a été employée pour explorer les physico-chimies originales, parfois using des lasers pour exciter les bouts aux états d'énergie particuliers, ou examiner la chimie de quantum des liaisons chimiques particulières.

En 2003, Oyabu et autres ont rapporté le premier exemple de la coller-fabrication covalente purement mécanique-basée et de la coller-rupture, c., la première démonstration expérimentale du mechanosynthesis vrai -- quoiqu'avec des atomes de silicium, pas carbone.

En 2005, la première demande de brevet sur le mechanosynthesis de diamant a été déposée.

Voir également la nanotechnologie moléculaire , une explication plus générale des produits possibles, et l'examen d'autres techniques d'assemblée.

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