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【专题】《自然—材料学》：世界首个可控纳米齿轮问世
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《自然—材料学》：世界首个可控纳米齿轮问世 分子级机械操控成为可能 据6月22日《每日科学》网站报道，新加坡科学技术研究局材料研究与工程研究所的科学家研制出世界首个附在原子轴上的分子级齿轮，其大小仅为1.2纳米，旋转也能受到精确控制。这一研究标志着分子级机械研究的重大突破，相关文章发表在近期出版的《自然—材料学》（Nature Materials）杂志上。 在此之前，分子级齿轮和螺桨的移动通常由旋转和横向位移混合构成，以无序的方式进行运动，而克里斯汀·乔基姆教授及其团队通过对位于原子轴上的纳米齿轮及扫描隧道显微镜尖端间的电子连接进行操控，实现了对齿轮旋转的良好控制，从而解决了无序运动这一科学难题。作为此次研究的主导人员，乔基姆教授表示，制造出原子大小的齿轮并不困难，但实现对微型齿轮运动的精确控制却并非易事。他们所做的就是制造出真正运行可控的齿轮，为未来制造更复杂的分子机械奠定基础。 研究人员通过对分子设计和操控，成功地控制了单分子大小齿轮的旋转，可谓纳米技术领域的又一突破。材料研究与工程研究所的执行总监林健伟博士指出，克里斯汀及其团队的研究表明，有朝一日制造和操控分子级的机械装置也将成为可能。到那时，分子级机械可游走于DNA之中，准确到达患处，促进患者的快速痊愈；目前已有许多国家把研制此种具有生产价值的纳米系统列为了发展目标。随着业界对纳米前沿技术发展的推进，人们对新出现的纳米级现象的理解也将日益加深。此次研究是纳米技术应用中极具价值的一步，在未来的研究中，科学家将能够把对纳米现象的理解融入实际的纳米研究和技术突破之中，使在科幻电影中经常出现的纳米机器人和纳米机械装置早日成为现实。 |
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http://www.nature.com/nmat/journal/v8/n7/pdf/nmat2467.pdf Step-by-step rotation of a molecule-gear mounted on an atomic-scale axis NATURE MATERIALS VOL 8 JULY 2009 PAGE 577 ABSTRACT Gears are microfabricated down to diameters of a few micrometres. Natural macromolecular motors, of tens of nanometres in diameter, also show gear effects1. At a smaller scale, the random rotation of a single-molecule rotor encaged in a molecular stator has been observed2, demonstrating that a single molecule can be rotated with the tip of a scanning tunnelling microscope3,4 (STM). A self-assembled rack-andpinion molecular machine where the STM tip apex is the rotation axis of the pinion was also tested5. Here, we present the mechanics of an intentionally constructed molecule-gear on a Au(111) surface, mounting and centring one hexa-t-butylpyrimidopentaphenylbenzene molecule on one atom axis. The combination of molecular design, molecular manipulation and surface atomic structure selection leads to the construction of a fundamental component of a planar single-molecule mechanical machine. The rotation of our molecule-gear is stepby- step and totally under control, demonstrating nine stable stations in both directions. |
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