什么是机械合成？(mechanosynthesis?)

在化学合成中，启动化学反应的传统方法（在自然界中无处不在），数百万或更多的反应物分子在液体或蒸汽中结合，让它们通过热运动随机碰撞，直到产生足够数量的所需反应产物。相比之下，在机械合成中，一种先进的化学合成技术仍在发展过程中，根据编程指令运行的分子机械系统将使一个分子或原子与另一个分子或原子结合在一起，以一种定向和有序的方式将它们结合起来。利用这种方法，可以避免不希望发生的反应，并且可以大大增加...

2003年，Oyabu等人已经用硅演示了初步的机械合成。 Oyabu和他的合作者使用扫描隧道显微镜（STM），仅用机械力就可以制造和破坏共价原子键。这一壮举是在真空环境下的低温下完成的。早些时候，1988年，IBM的研究人员用氙原子在铜表面拼出了字母 "IBM"。这不是真正的机械合成，但证明了用STM（一种具有单原子尖端的显微镜工具）操纵单个原子的可行性。原则上，用STM尖端操纵单个分子也可以做到，尽管这一过程的自动化一直很困难。

为了使机械合成不只是一种科学上的好奇，并对制造实用产品有用，它必须以大规模并行的方式进行，利用更灵活的原子构建块，如碳。为了建立机械合成处理系统所需数量的原子级操纵器，自我复制和通用操纵器将是非常可取的。这种装置被最初设想它的科学家埃里克-德雷克斯勒博士称为分子装配器。德雷克斯勒在1986年发表了关于该主题的流行阐述，创造的引擎，随后在1992年发表了技术性更强的纳米系统，其中列出一系列利用机械合成过程的分子机器。

如果能开发出一种基于碳机械合成的自我复制的装配器，那么，即使分子装配器本身只有几皮克重，自我复制的指数增长也能使其在几十个复制周期内创造出公斤级的数量。然后，这些装配器可以被指导合作建造宏观规模的产品，如计算机、电动工具和汽车。

利用精确的原子级构造，这些产品可以在每个原子的预定位置被制造出来。这将允许在一些领域的性能提高几个数量级，如电机的功率密度和处理元件的小型化。相比之下，我们目前的机械是由相对粗糙的工艺制造的，并且在原子级上往往是相对无序的。这种未来的制造方法被称为分子纳米技术或分子制造。

发表于 2022-02-09 11:34
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分类：科学

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