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2009-06-17 21:36 |
科學(xué)家發(fā)明光能納米分子馬達
近日,國際學(xué)術(shù)期刊《納米通訊》在線報道了一種新型的由光子驅(qū)動的“分子納米馬達”.這種單分子馬達將光能高效地轉(zhuǎn)變成機械力,不僅能將光能的利用率從過去的10%提高到25%以上,還沒有人們所憂慮的在其過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題.據(jù)介紹,分子馬達可以為未來的納米器件提供一種能量源泉.如果要實現(xiàn)納米機器的設(shè)想,提供能量的動力系統(tǒng)是個關(guān)鍵部分,即使工藝再精致,人們也不可能制作 出納米數(shù)量級的機械動力系統(tǒng),所以科學(xué)家們寄希望于分子馬達可以為納米機器提供動力.這項研究由美國佛羅里達大學(xué)化學(xué)系華裔科學(xué)家譚蔚泓教授領(lǐng)導(dǎo)的一個研 究小組完成. %oor 7 -l
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譚蔚泓在大洋彼岸接受了《科學(xué)時報》的電話采訪.他介紹,這個馬達主要由一個具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的DNA分子組成,并嵌入了光敏性的偶氮苯組分來完成可逆的光控轉(zhuǎn)換操作.在紫外—可見光的照射下,這個單分子納米馬達可以達到40%～50%的開關(guān)轉(zhuǎn)換效率.同時,在常溫常壓條件下,納米馬達就可以表現(xiàn)出良好的、規(guī)整的可控性,并具有無廢料排除的特性.與其他多組分的DNA納米馬達相比,這種單分子馬達由于其單組分特性,分子運動主要受獨特的分子內(nèi)相互作用的影響,從而可以減少分子間作用力的干涉,并表現(xiàn)為濃度非依賴性. !d(! 1fC
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他主持的這項研究由美國科學(xué)基金會和衛(wèi)生總署支持.研究小組設(shè)計的由光子控制驅(qū)動的單分子納米馬達,由一個分子吸收一個光子后,可產(chǎn)生大約20×10-12的牛頓力,并做機械運動. J"83S*2(j
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與科學(xué)家以往研究不同的是:過去關(guān)于太陽能的研究主要是光—熱轉(zhuǎn)換或光—電轉(zhuǎn)換,而非直接產(chǎn)生機械力.目前,他們設(shè)計的單分子馬達,理論上的光能利用率很高,目前實驗實現(xiàn)的利用率為25%. BK /;H G
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他們設(shè)計的單個納米馬達的尺寸只有2～5納米,若把這些馬達組裝在一起,尺寸可達到10～12納米.因此,若把這種馬達用來吸收太陽能,相比傳統(tǒng)的太陽能電池,能更有效地利用太陽能. gwqK`ww
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然而,納米馬達產(chǎn)生的動力與其尺寸有關(guān).納米馬達尺寸很小,目前這項技術(shù)離實用還有很遠的距離.如果要用這種馬達來驅(qū)動汽車或其他大型設(shè)備,需要把大量的納米馬達裝配在一起,目前尚有困難. 2PeI+!7s
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譚蔚泓說:“主要的困難在于如何把這些馬達由陽光照射所產(chǎn)生的分子級動力累積在一起,輸出可用的動力.目前我們已開始制造這類裝置的原型機.” 9hguC yr@h
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他還介紹,研究小組中的博士研究生康懷志和陳燕正在研究分子組裝方法,把單個的分子馬達有序地結(jié)合起來,以充分利用太陽提供的光能.這種分子組裝方法可將大量的分子集合起來,以實現(xiàn)有效的分子力的利用. z:fhq:R(
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譚蔚泓曾先后就讀于湖南師范大學(xué)和中國科學(xué)院.1993年獲美國密執(zhí)安大學(xué)博士學(xué)位.目前為佛羅里達大學(xué)化學(xué)系教授、納米生物技術(shù)研究中心副主任,并在該校癌癥研究中心和大腦研究所擔(dān)任研究員.
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