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2016年的诺贝尔奖重磅揭晓,三名科学家——弗雷泽·斯托达特、让-皮埃尔·索瓦日和伯纳德·费林加联合获得了诺贝尔化学奖。说到他们三人所做的研究,是一种细微至极却又功能多样的尖端科技——分子机器。也许大家对于这个名词略感陌生,但它却代表着科技小型化的潮流,而且势必将引发一场全新的技术革命。
分子造机器的灵感来源
机器的发明,可谓是人类历史上改变生产力的重要一步。各式各样的机器,可以协助我们完成无数任务。几千年来,机器也随着人类技术水平的发展而不断进步,表现在机器不仅需要实现某项功能,还要求尺寸小,就比如手机、笔记本电脑等我们日常生活中最常见的产品,在“瘦身”的路上已行走多年,且仍在继续。而如今分子机器横空出世,或将是制造业史上一场新的技术风暴。
那么,什么是分子机器?所谓分子机器,是指由不同数量的分子所构成,并能在适当的外部作用下,执行不同动作的一种微小机器。它的概念是1965年诺贝尔物理学奖的获得者、赫赫有名的理查德·费曼提出的。早在1959年的美国物理学会年会上,费曼就做出了一个意义深远的预言:“未来,我们或许能用分子制造出含有多个活动部件的机器,这种机器小到只有用电子显微镜才能看到,我预言在25年到30年内,这种分子机器会获得实际运用,但最初会运用在什么机器上,我还无法确定。”他所提出利用微型分子制造齿轮装置的创造性概念,也成为了后人研究分子机器的灵感来源。
你知道吗?
理查德·费曼从24岁就开始了对量子电动力学的研究,直到他后来发现了量子电动力学的一个理论,这个理论是以理查德·费曼的名字命名的,这也让理查德·费曼获得了诺贝尔物理学奖。其实,理查德·费曼因还是世界上第一个提出纳米概念的人,虽然他曾经提出过纳米技术,但是他并没有因为纳米概念获得诺贝尔物理学奖,真正让他声名大噪的还是量子电动力学这门学科。
分子机器的最大特点——小
第三步:动起来
“分子马达”的发明,为分子机器的成功问世添上了最后一块砖。它的创造者,是荷兰格罗宁根大学的费林加教授。1999年,费林加设计出了一种看起来很像电风扇叶片的“分子转子叶片”。通常情况下,分子的运动方向是随机的,其逆时针或是顺时针旋转的概率大致相等。但费林加琢磨出了一种精巧的设计,使叶片可以在紫外线脉冲的照射下,持续地向一个特定方向旋转,形成一部稳定可靠的“分子马达”。
利用“分子马达”,费林加在后续的实验中成功地令一个28微米长,尺寸是马达本身一万倍的玻璃气缸旋转起来。那一刻,他完全可以自豪地说:“给我一台分子马达,我可以让世界转动。”接下来,他又利用一台优化后每秒可达1 200万转的“分子马达”,开发出了一部“纳米汽车”,彻底奠定了分子机器的诞生。
小身材 大用途
通过上述步骤制作出来的分子机器,别看它们尺寸小,这些小家伙可以像身边的大机器一样工作,甚至实现大机器无法完成的功能。譬如说,凭借它们的小身材,可以来去自由地进入人体,定点围剿那些可恶的病毒,或是向癌细胞发动集火攻击。以往那些令我们束手无策的绝症,很可能在这些小卫士的帮助下被攻克。
此外,科学家们还发现,分子马达可以与一些化合物相接触,从而构造成一张精密又相互纠缠的网络。当用光源照射分子马达后,它们就会快速地缠绕在一起,通过这种奇妙的方式,光能就可以被存储在分子当中。如果能够将它们重新恢复的话,就可以开发出一种极其微小的光能电池。那时,或许我们就再也不必为手机耗电太快而烦恼了。
回首往昔,当第一架飞机刚被创造出来的时候,人们不屑地质疑莱特兄弟:“它们能有什么用处?”没想到一个世纪过去后,庞大的航空业早已是人类交通不可或缺的组成部分。同样地,分子机器的发明虽然还只是实验室中的“雕虫小技”,然而假以时日,这貌似不起眼的“小玩意儿”却可能引领一场微观领域的大革命。
分子造机器的灵感来源
机器的发明,可谓是人类历史上改变生产力的重要一步。各式各样的机器,可以协助我们完成无数任务。几千年来,机器也随着人类技术水平的发展而不断进步,表现在机器不仅需要实现某项功能,还要求尺寸小,就比如手机、笔记本电脑等我们日常生活中最常见的产品,在“瘦身”的路上已行走多年,且仍在继续。而如今分子机器横空出世,或将是制造业史上一场新的技术风暴。
那么,什么是分子机器?所谓分子机器,是指由不同数量的分子所构成,并能在适当的外部作用下,执行不同动作的一种微小机器。它的概念是1965年诺贝尔物理学奖的获得者、赫赫有名的理查德·费曼提出的。早在1959年的美国物理学会年会上,费曼就做出了一个意义深远的预言:“未来,我们或许能用分子制造出含有多个活动部件的机器,这种机器小到只有用电子显微镜才能看到,我预言在25年到30年内,这种分子机器会获得实际运用,但最初会运用在什么机器上,我还无法确定。”他所提出利用微型分子制造齿轮装置的创造性概念,也成为了后人研究分子机器的灵感来源。
你知道吗?
理查德·费曼从24岁就开始了对量子电动力学的研究,直到他后来发现了量子电动力学的一个理论,这个理论是以理查德·费曼的名字命名的,这也让理查德·费曼获得了诺贝尔物理学奖。其实,理查德·费曼因还是世界上第一个提出纳米概念的人,虽然他曾经提出过纳米技术,但是他并没有因为纳米概念获得诺贝尔物理学奖,真正让他声名大噪的还是量子电动力学这门学科。
分子机器的最大特点——小
第三步:动起来
“分子马达”的发明,为分子机器的成功问世添上了最后一块砖。它的创造者,是荷兰格罗宁根大学的费林加教授。1999年,费林加设计出了一种看起来很像电风扇叶片的“分子转子叶片”。通常情况下,分子的运动方向是随机的,其逆时针或是顺时针旋转的概率大致相等。但费林加琢磨出了一种精巧的设计,使叶片可以在紫外线脉冲的照射下,持续地向一个特定方向旋转,形成一部稳定可靠的“分子马达”。
利用“分子马达”,费林加在后续的实验中成功地令一个28微米长,尺寸是马达本身一万倍的玻璃气缸旋转起来。那一刻,他完全可以自豪地说:“给我一台分子马达,我可以让世界转动。”接下来,他又利用一台优化后每秒可达1 200万转的“分子马达”,开发出了一部“纳米汽车”,彻底奠定了分子机器的诞生。
小身材 大用途
通过上述步骤制作出来的分子机器,别看它们尺寸小,这些小家伙可以像身边的大机器一样工作,甚至实现大机器无法完成的功能。譬如说,凭借它们的小身材,可以来去自由地进入人体,定点围剿那些可恶的病毒,或是向癌细胞发动集火攻击。以往那些令我们束手无策的绝症,很可能在这些小卫士的帮助下被攻克。
此外,科学家们还发现,分子马达可以与一些化合物相接触,从而构造成一张精密又相互纠缠的网络。当用光源照射分子马达后,它们就会快速地缠绕在一起,通过这种奇妙的方式,光能就可以被存储在分子当中。如果能够将它们重新恢复的话,就可以开发出一种极其微小的光能电池。那时,或许我们就再也不必为手机耗电太快而烦恼了。
回首往昔,当第一架飞机刚被创造出来的时候,人们不屑地质疑莱特兄弟:“它们能有什么用处?”没想到一个世纪过去后,庞大的航空业早已是人类交通不可或缺的组成部分。同样地,分子机器的发明虽然还只是实验室中的“雕虫小技”,然而假以时日,这貌似不起眼的“小玩意儿”却可能引领一场微观领域的大革命。