日本奈良科學(xué)技術(shù)研究所的研究人員與法國(guó)保羅-薩巴蒂埃大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)合作，正在推進(jìn)用于傳遞旋轉(zhuǎn)力的分子尺度齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)科學(xué)。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)一直被用來(lái)將齒輪轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)力的變化。汽車(chē)、鉆頭以及基本上任何有旋轉(zhuǎn)部件的東西都使用它們。分子尺度的齒輪是一個(gè)更尖端的發(fā)明，它可以利用光或化學(xué)刺激來(lái)啟動(dòng)肉眼看不見(jiàn)的機(jī)械齒輪旋轉(zhuǎn)。
日本奈良科學(xué)技術(shù)研究所(NAIST)的研究人員與法國(guó)Paul Sabatier大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)合作，在《化學(xué)科學(xué)》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中報(bào)告了一種可視化超小型齒輪組(一種相互連接的齒輪鏈)工作快照的方法。
NAIST項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Gwéna?l Rapenne教授致力于制造分子尺度的機(jī)械裝置，如車(chē)輪和電機(jī)。研究人員最近設(shè)計(jì)了一個(gè)分子齒輪系的齒輪輪，但目前還沒(méi)有辦法將齒輪的運(yùn)行情況可視化。
"監(jiān)測(cè)分子齒輪運(yùn)動(dòng)的最直接方法是通過(guò)靜態(tài)掃描隧道顯微鏡圖像。為了達(dá)到這些目的，這種齒輪的其中一個(gè)齒必須在立體或電化學(xué)上與其他齒不同，"Rapenne解釋說(shuō)。
研究人員首先創(chuàng)造了一個(gè)由五個(gè)槳葉組成的分子齒輪，其中一個(gè)槳葉比其他四個(gè)槳葉長(zhǎng)幾個(gè)碳原子。然而，正如他們?nèi)ツ晁砻鞯哪菢?，槳葉長(zhǎng)度的差異會(huì)破壞沿著齒輪系的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。因此，槳葉電化學(xué)的差異是一種更有前途的設(shè)計(jì)方法，但在合成上更具挑戰(zhàn)性。
"我們利用計(jì)算研究來(lái)預(yù)測(cè)電子耗散單元或金屬化學(xué)是否可以定制槳葉的電子特性，而不改變槳葉尺寸，"Rapenne說(shuō)。這種量身定制的特性非常重要，因?yàn)槿藗兛梢酝ㄟ^(guò)使用掃描隧道顯微鏡觀察到它們的對(duì)比度差異，從而促進(jìn)靜態(tài)成像。
研究人員如何使用這些齒輪軸？想象一下，將一束高度聚焦的光照到其中一個(gè)齒輪上，或者施加化學(xué)刺激，以啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)這樣做，人們可以像傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)一樣，以協(xié)調(diào)的方式旋轉(zhuǎn)一系列齒輪輪，但在分子尺度上，這包括設(shè)備的最終小型化。"我們現(xiàn)在有辦法將這種旋轉(zhuǎn)可視化，"Rapenne指出。
通過(guò)利用這一發(fā)展來(lái)進(jìn)行單分子力學(xué)研究，Rapenne樂(lè)觀地認(rèn)為，廣大研究界將擁有一個(gè)強(qiáng)大的集成納米級(jí)機(jī)器的新設(shè)計(jì)。"我們還沒(méi)有做到這一點(diǎn)，但正在合作以盡快實(shí)現(xiàn)它，"他說(shuō)。
