El Mechanosynthesis en la química es cualquier síntesis química que ocurra por las fuerzas mecánicas solamente.

Introducción

En el Chemosynthesis químico convencional de la síntesis o, las moléculas reactivas encuentran uno otro con el movimiento termal al azar en un líquido o un vapor. En un proceso presumido del mechanosynthesis, las moléculas reactivas serían atadas a los sistemas mecánicos moleculares, y sus encuentros resultarían de los movimientos mecánicos que los traen juntos en secuencias, posiciones, y orientaciones previstas. Se preve que el mechanosynthesis evitaría reacciones indeseadas manteniendo los reactivo potenciales separados, y favorecería fuerte reacciones deseadas sosteniendo los reactivo juntos en las orientaciones óptimas para muchos ciclos moleculares de la vibración . Los sistemas de Mechanosynthetic serían diseñados para asemejarse a algunos mecanismos biológicos.

Mientras que la descripción del mechanosynthesis dada arriba todavía no se ha alcanzado, el primitivo Mechanochemistry se ha realizado en las temperaturas criogénicas usar los microscopios el hacer un túnel de la exploración. Hasta ahora, tales dispositivos proporcionan el acercamiento más cercano a las herramientas de la fabricación para la ingeniería molecular . Una explotación más amplia del mechanosynthesis aguarda una tecnología más avanzada para construir sistemas moleculares de la máquina - incluyendo un ensamblador molecular o precursores de eso.

Mucho del entusiasmo con respecto a respetos mechanochemistry su uso potencial en el montaje automatizado molecular-escala los dispositivos . Tales técnicas aparecen tener muchos usos en medicina, la aviación, la extracción del recurso, la fabricación y la guerra. La mayoría de las exploraciones teóricas de tales máquinas se han centrado en usar el carbón, debido a los muchos enlaces fuertes puede formar, los muchos tipos de química permiso de estos enlaces, y la utilidad de éstos enlaza en usos médicos y mecánicos. El carbón forma el diamante, por ejemplo, que si barato está disponible, sería un material excelente para muchas máquinas. Ha sido sugerido, notablemente por el K. Eric Drexler, que el mechanosynthesis sea fundamental a la fabricación molecular basada en los nanofactories capaces de objetos macroscópicos del edificio con la precisión atómica. El potencial para éstos ha sido disputado, notablemente por el Richard Smalley del laureado Nobel, llevando a un conflicto famoso entre los dos de ellos - ver la nanotecnología . La colaboración de Nanofactory, fundada por el Roberto Freitas y el Rafael Merkle en 2000, es un esfuerzo en curso enfocado que implica a 23 investigadores a partir de 10 organizaciones y de 4 países que está desarrollando un desarrollo nanofactory posicional-controlado específicamente dirigido práctico del mechanosynthesis y del diamondoid del diamante de la agenda de la investigación.

En la práctica, llegar exactamente una molécula a un lugar conocido en la extremidad del microscopio es posible, pero ha probado difícil automatizar. Puesto que los productos prácticos requieren por lo menos varios cientos de millón de átomos, esta técnica todavía no ha probado práctico en la formación de un producto verdadero.

La meta mechanoassembly de la investigación a este punto se centra en superar estos problemas por la calibración, y la selección de reacciones apropiadas de la síntesis. El primer producto que se construirá por estos medios será probablemente (áspero 1.000 nanómetros en un lado) una herramienta de máquina especializada, muy pequeña que puede construir copias de sí mismo usar medios mechanochemical, bajo control de una computadora externa. En la literatura, tal herramienta se llama un ensamblador o ensamblador molecular. Una vez que existen los ensambladores, el crecimiento geométrico (copias que hacen copias) podría reducir el coste de ensambladores rápido. El control por una computadora externa debe entonces permitir que los grupos grandes de ensambladores construyan proyectos grandes, útiles a la precisión atómica. Un tal proyecto combinaría las bandas transportadoras del molecular-nivel con los ensambladores permanente-montados para producir una fábrica .

En la parte para resolver este y preguntas relacionadas sobre los peligros de los accidentes de trabajo y de los acontecimientos del fugitivo equivalentes al Chernobyl y al Bhopal, y la aplicación más alejada el Ecophagy, las sustancias pegajosas grises y las sustancias pegajosas verdes (varios desastres potenciales que se presentan de los replicators del fugitivo, que se podrían construir usar mechanosynthesis) la sociedad real BRITÁNICA y la academia real BRITÁNICO de la ingeniería en el 2003 comisionaron un estudio para ocuparse de estas ediciones e implicaciones sociales y ecológicas más grandes, llevaron por profesor Ana Dowling de la ingeniería industrial . Esto fue anticipada por alguno para tomar una posición fuerte respecto a estos problemas y potenciales - y para sugerir cualquier trayectoria del desarrollo a una teoría general del mechanosynthesis supuesto. Sin embargo, el informe del nanotech de la sociedad real no trató la fabricación molecular en absoluto, excepto para despedirla junto con sustancias pegajosas grises.

Las ofertas técnicas actuales para los nanofactories no incluyen el uno mismo-repliegue de nanorobots, y las pautas éticas recientes prohibirían el desarrollo de las capacidades libres de la uno mismo-réplica en nanomachines.

Diamante Mechanosynthesis

Hay un cuerpo growing del trabajo teórico peer-reviewed sobre la sintetización del diamante mecánicamente quitando/agregando los átomos de hidrógeno y depositando los átomos de carbón (un proceso conocido como mechanosynthesis o DMS del diamante). Por ejemplo, el papel 2006 en este esfuerzo de investigación de continuación de Freitas, de Merkle y de sus colaboradores divulga que el adorno más-estudiado del tooltip del mechanosynthesis (DCB6Ge) coloca con éxito el dimero del carbón del A. ₂ en superficie del diamante del A. (110) en 300K (temperatura ambiente) y 80K (temperatura del nitrógeno líquido ), y que la variante del silicio (DCB6Si) también trabaja en 80K pero no en 300K. Estos tooltips se piensan para ser utilizados solamente en los ambientes cuidadosamente controlados (e. Los límites aceptables máximos para los errores de translación y rotatorios del tooltip del desplazamiento se divulgan en el papel III -- los tooltips se deben colocar con gran exactitud para evitar enlazar el dimero incorrectamente.000 CPU las horas fueron invertidas en este estudio.

El adorno del tooltip de DCB6Ge, descrito inicialmente en una conferencia de la previsión en 2002, era el primer tooltip completo propuesto nunca para el mechanosynthesis del diamante y sigue siendo el único adorno del tooltip que se ha simulado con éxito para su función prevista en una superficie completa del diamante de 200 átomos. Aunque un papel temprano dé una velocidad prevista de la colocación de 1 dimero por el segundo para este tooltip, este límite fue impuesto por el despacio de recargar la herramienta usar un método de recarga ineficaz y no se basa en ninguna limitación inherente en la velocidad del uso de un tooltip cargado. Además, no se propuso ningunos medios de detección para discriminar entre los tres resultados posibles de una colocación frustrada del dimero -- deposición en la localización correcta, deposición en la localización incorrecta, y falta de colocar el dimero en absoluto -- porque la oferta inicial era colocar el tooltip por el cómputo muerto, con la reacción apropiada confiada diseñando la energética química apropiada y las fuerzas en enlace relativas para la interacción de la tooltip-superficie.

La investigación adicional para considerar extremidades alternas requerirá la química de cómputo desperdiciador de tiempo y el trabajo de laboratorio difícil. En el 2000s temprano, un arreglo experimental típico era atar una molécula a la extremidad de un microscopio atómico de la fuerza, y después utiliza las capacidades de colocación exactas del microscopio de empujar la molécula en la extremidad en otra en un substrato. Desde los ángulos y las distancias puede ser exacto controlado, y la reacción ocurre en un vacío, compuestos químicos nuevos y los arreglos son posibles.

Historia

La técnica de solos átomos móviles fue propuesta mecánicamente por el Eric Drexler en su del libro 1986 los motores de la creación .

En el 1988, los investigadores en instituto de investigación de s Zürich de IBM 'deletrearon con éxito el " de las letras; IBM" en átomos del xenón en una superficie de cobre criogénica, validando grueso el acercamiento. Desde entonces, un número de proyectos de investigación han emprendido utilizar técnicas similares a los datos de la computadora del almacén en una manera compacta. La técnica se ha utilizado más recientemente para explorar químicas físicas nuevas, usar los lasers para excitar a veces las extremidades a los estados de energía particulares, o examinar la química del quántum de vínculos químicos particulares.

En 2003, Oyabu y otros divulgaron el primer caso de la enlazar-fabricación covalente puramente mecánico-basada y de la enlazar-fractura, es decir, la primera demostración experimental del mechanosynthesis verdadero -- no obstante con los átomos del silicio, no carbón.

En 2005, la primera solicitud de patente en mechanosynthesis del diamante fue presentada.

Ver también la nanotecnología molecular, una explicación más general de los productos posibles, y la discusión de otras técnicas de la asamblea.