Οι επιστήμονες δημιουργούν χημικούς κινητήρες σε μοριακό επίπεδο

Οι επιστήμονες δημιουργούν χημικούς κινητήρες σε μοριακό επίπεδο

Ο μικρόκοσμος εξακολουθεί να είναι γεμάτος μυστικά, αλλά οι επιστήμονες δεν σταματούν


Τρεις πρόσφατες μελέτες στη χημική βιομηχανία έχουν κάνει καινοτομίες στις αντλίες και τους περιστροφικούς κινητήρες σε μοριακό επίπεδο. Οι μικροσκοπικές συσκευές δεν είναι ακόμη έτοιμες για επίσημη πρεμιέρα και πραγματική χρήση, αλλά οι προοπτικές για τεχνολογία υπάρχουν μεγάλα. Οι μελλοντικοί μικροκινητήρες θα μπορούν να απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα απευθείας από την ατμόσφαιρα, μετά την οποία, με τη βοήθεια της λαμβανόμενης ενέργειας, θα εξάγουν πολύτιμα μέταλλα από το θαλασσινό νερό.

Οι γνωστοί σε εμάς κινητήρες εσωτερικής καύσης καίνε καύσιμο για να παράγουν θερμότητα, η οποία, λόγω της υψηλής ενέργειάς του, ωθεί τα έμβολα, τα γρανάζια και άλλους μηχανισμούς σε μια αυστηρά καθορισμένη κατεύθυνση. Ωστόσο, σε μοριακό επίπεδο, λειτουργεί μια εντελώς διαφορετική αρχή. Λόγω του εξαιρετικά μικρού μεγέθους των σωματιδιακών σωματιδίων, οι μοριακοί ρότορες μπορούν να κινούνται τόσο δεξιόστροφα όσο και αριστερόστροφα με ίση πιθανότητα όταν παρέχεται θερμότητα. Τα μόρια κινούνται τυχαία, γεγονός που καθιστά αδύνατη τη συντονισμένη εργασία μεγάλου αριθμού μικροκινητήρων.

Για χρόνια, ο Fraser Stoddart, οργανικός χημικός στο Πανεπιστήμιο Northwestern, πάλευε να λύσει αυτό το πρόβλημα. Τελικά, κατάφερε και μπόρεσε να δημιουργήσει μια από τις πρώτες μοριακές μηχανές με βάση χημικά, για την οποία τιμήθηκε με το Νόμπελ το 2016. Μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Stoddart επινόησε μικροσκοπικούς δακτυλίους που «τυλίγονται» πάνω και έξω από τον μοριακό άξονα υπό την επίδραση ορισμένων αντιδραστηρίων. Αρχικά, η χαοτική φύση της κίνησης των ρότορων παρέμεινε, πράγμα που σημαίνει ότι ήταν άχρηστοι.

Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, η ομάδα του Stoddart έλυσε το θέμα της ακανόνιστης κίνησης των μικροκινητήρων. Τον Δεκέμβριο του 2021, στο Science, οι επιστήμονες ανέφεραν ότι κατάφεραν να ακινητοποιήσουν την επόμενη γενιά μοριακών αντλιών χρησιμοποιώντας ένα οργανομεταλλικό ικρίωμα για αυτό. Οι ερευνητές προσάρτησαν κυριολεκτικά κάθε μικροσκοπικό ρότορα σε αυτή τη δομή και έθεσαν μια αυστηρά καθορισμένη θέση που διατηρήθηκε σε όλο το πείραμα.


Ο μοριακός ρότορας μοιάζει με μια δέσμη πολλών μορίων.


Ο Ντέιβιντ Λι, χημικός στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, και η ομάδα επιστημόνων του προχώρησαν ακόμη περισσότερο και μόλις πρόσφατα δημιούργησαν έναν μικροσκοπικό ρότορα που περιστρέφεται συνεχώς όσο έχει πρόσβαση σε «καύσιμα». Αυτή τη στιγμή, ο ρότορας περιστρέφεται εξαιρετικά αργά, κάνοντας περίπου τρεις στροφές την ημέρα. Οι ερευνητές εργάζονται για να επιταχύνουν αυτή τη διαδικασία και κυριολεκτικά κάθε μέρα ανακαλύπτουν νέους κανόνες για τη δημιουργία μοριακών μηχανισμών.
πληροφορίες
Αγαπητέ αναγνώστη, για να αφήσεις σχόλια σε μια δημοσίευση, πρέπει να εγκρίνει.