无限小的力学NanoGear朝着分子齿轮方向发展

齿轮和机械传动装置位于北部汽车谷的艾米利亚-罗马涅地区。由博洛尼亚大学和博洛尼亚国家研究委员会(Cnr-Isof)的有机合成和光反应性研究所组成的研究团队由Massimo Baroncini和Alberto Credi领导，已计划，建造和运行NanoGear，该设备由互锁的分子组件，旨在用作齿轮。由于分子是纳米物体(1纳米= 1毫米的百万分之一)，因此它是一个非常小的设备：当然，这是电机领域生产过的最小的齿轮。

“纳米分子在生物分子中的传递和转化是活生物体主要功能的基础。然而，这些现象在人工分子中了解甚少，因为它们很难识别和观察。分子装置如NanoGear的构造是基于分子电动机的超小型机械设备开发的第一步，在各种技术和医学领域都有潜在的突破性应用”，Alberto Credi说。

装置

NanoGear分子属于轮烷类，由三部分组成：一个环，该环可以沿着轴滑动，该轴的中心装有转子。

“环在整个长度范围内都可以自由地沿轴穿梭，但是它不能逃脱，因为位于轴端的两个笨重的组(止动件)可以防止其滑脱。转子可以绕其自身的轴线自由旋转，并且有两个不同的“叶片”，方便观察机芯。” Massimo Baroncini解释说。“ NanoGear的主要设计元素在于，转子通过规则的化学键(共价键)直接连接到轴上，而环由于存在挡块而被机械地锁定在轴上。齿圈和转子的旋转是由分子的热能决定的随机振荡;换句话说，齿轮未连接到任何电动机，并且“处于空档”功能。

在65°C时，环以每分钟约7次的速度从轮轴的一端穿梭到另一端，并越过转子。在相同的时间内，后者完成约260次旋转。因此，这两个动作是不同步的。然而，它们相互影响，正如对类似于NanoGear的分子进行的实验所证明的那样，但没有转子或环。

另一个显着且出乎意料的结果是分子分散在其中的介质的作用：通过改变溶剂，两个运动之一减慢了速度，而另一个运动加速了。这样的“特殊润滑”在宏观世界中找不到对应之处，并且构成了纳米设备的非常规特性之一，可以导致根本性的技术创新。

该项目

人造分子机器在2016年获得了诺贝尔化学奖，将来自能源的能量转化为受控的纳米级运动，这是纳米技术最引人注目的成果之一。然而，为了利用这些运动，需要能够处理它们并将其传输到其他组件的无源元件，就像在宏观设备中发生的那样。在这项研究中，化学家的运作方式与工程师和建筑师相同，但是操纵的对象小十亿倍，因为它们的基本组成部分是原子和分子。

NanoGear是大约五年前诞生的一个项目的结果，是一项研究活动的一部分，博洛尼亚大学和国家研究委员会的联合实验室光活化纳米结构中心(Clan)是国际参考文献。观点。

NanoGear是在欧洲研究理事会(ERC)的高级赠款的支持下创建的，这是欧洲最负盛名和最具竞争力的科学研究拨款。过去，同一实验室已经通过开发由光驱动的分子泵(Nature Nanotechnology，2015)和海绵(Nature Chemistry，2015)吸引了公众的注意。在博洛尼亚进行的有关分子机器主题的研究的中心作用在2018年11月于博洛尼亚举行的“分子机器日”活动中得到认可，三名2016年诺贝尔化学奖获得者参加了该活动。

结果

由分子组成的人工装置的实现对纳米技术的发展非常感兴趣。“正如近年来在全球实验室中获得的结果所表明的那样，纳米技术可以为我们提供更轻，更坚固的材料，更小，更强大的计算机和机器人，更好的能量转换和存储系统，医学诊断和疗法的新方法。”阿尔贝托·克雷迪(Alberto Credi)。“ NanoGear是朝着这个方向迈出的一小步，但意义重大。尽管目前尚难以确定NanoGear的特定用途，但导致其发展的基础研究在科学和技术方面具有革命性的潜力，远远超出了短期实际应用的范围。 。”

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