什么是機械合成(Mechanosynthesis)？

化學合成是一種傳統的（自然界中普遍存在的）引發化學反應的方法，數百萬或更多的反應物分子被組合在液體或蒸汽中，使它們通過熱運動隨機碰撞，直到產生足夠數量的所需反應產物。相比之下，在機械合成中，分子機械系統是一種先進的...

化學合成是一種傳統的（自然界中普遍存在的）引發化學反應的方法，數百萬或更多的反應物分子被組合在液體或蒸汽中，使它們通過熱運動隨機碰撞，直到產生足夠數量的所需反應產物。相比之下，在機械合成中，分子機械系統是一種先進的化學合成技術，在程序指令下操作，將單個分子或原子與另一個分子或原子連接起來，以定向有序的方式結合在一起，避免了不必要的反應，提高了反應的吞吐量2003年，Oyabu等人利用掃描隧道顯微鏡（STM）對硅進行了初步的機械合成研究，并在2003年對其進行了初步的研究，Oyabu和他的合作者僅使用機械力來制造和破壞共價原子鍵。這項壯舉是在真空環境中的低溫下完成的。早些時候，1988年，IBM的研究人員在銅表面拼出了帶有氙原子的字母“IBM”。這不是真正的機械合成，但是證明了用STM操縱單個原子的可行性，STM是一種帶有單原子尖端的顯微鏡工具。原則上，用STM針頭操縱單個分子是可以做到的，盡管過程的自動化很困難。對于機械合成來說，這不是一種科學的好奇心，對于制造實用的產品，它必須以大規模并行的方式進行，利用更靈活的原子構造塊，如碳，自我復制和通用機械手將是非常理想的這種裝置被最初設想它的科學家埃里克·德雷克斯勒（Eric Drexler）博士稱為分子組裝器。1986年，德雷克斯勒就這個主題發表了一篇廣受歡迎的論述，創造的引擎，然后在1992年發表了更具技術性的納米系統，它概述了一系列利用機械合成過程的分子機器。如果能開發出一種基于碳機械合成的自我復制組裝器，那么自復制的指數增長可以使千克數量只在幾十個復制周期內產生，即使分子匯編器本身只重幾皮克，也可以指導組裝者合作構建宏觀產品，如計算機、電動工具和汽車。利用精確定向的原子級結構，這些產品可以在預先確定的位置上使用每個原子來制造將允許在幾個領域的性能提高幾個數量級，例如電機的功率密度和加工元件的小型化。相比之下，我們目前的機械是由相對粗糙的工藝制造的，這種未來制造方法被稱為分子納米技術或分子制造

發表于 2020-09-18 04:54
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分類：科學教育

什么是機械合成(Mechanosynthesis)？

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