Механосинтез и нанофабрики

          Но получается, что через пару месяцев после начала репликации у всех жителей Земли будет по нанофабрике.

           Плохо это или хорошо – пока неизвестно, ясно одно: технология эта разработана таким образом, чтобы производить максимальное количество продукции за короткий срок. 
 
 
 
 

Механосинтез  в молекулярных нанотехнологиях 

         Речь в этом вопросе пойдет об одной из самих бурно развивающихся областей нанотехнологии - Механосинтезе. Всем известно, что для построения различных наностистем и наноробототехники требуется суперточное моделирование и построение на уровне отдельных атомов вещества. В классической молекулярной нанотехнологии (МНТ) механосинтез играет одну из ключевых ролей. По определению, механосинтез это химический синтез, выполняемый механическими системами, позволяющий позиционировать реагирующие вещества с высокой степенью точности.

         Так это только пока остается на бумаге, ведь более-менее  эффективный инструмент для этих целей пока еще не создан.

         Теперь попробуем  разобраться в ряде понятий. Одним  из ключевых в МНТ (молекулярные нанотехнологии) является понятие механохимии.

         Механохимия полимеров  раздел науки о полимерах, изучающий  химические превращения, которые происходят в полимерных телах под действием  механических сил. Энергия механических воздействий на полимерные материалы  при их переработке оказывается  достаточной для разрыва химических связей в макромолекулах. Даже в мягких условиях переработки развиваемые напряжения значительно превосходят прочность связи С—С [энергия этой связи равна (4,8—5,5) · 10 -12 эрг, или (4,8—5,5) · 10 -19 дж ].

         Проще говоря, механохимия занимается проблемами изменения свойств физико-химических систем под действием механической энергии (или превращение механической энергии в энергию химической связи). Механохимия в природе представлена в реакциях, протекающих в жидких кристаллах, а, также, в активных центрах энзимов. Для проведения механохимической реакции необходимо выполнить ряд условий, а именно: Сверхвысокий вакуум и низкие температуры.  

         Рассмотрим инструменты, используемые для механосинтеза, на примере синтеза алмазоида.

         Алмазоид - алмазоподобная структура, построенная из атомов углерода методами механосинтеза, имеющая прочность и химическую инертность алмаза. Алмазоид будет использоваться в качестве основного материала при построении нанороботов.

         На настоящее время  один из способов получения алмазов  является метод активированной газовой  фазы (химический синтез) при давлениях  вблизи и ниже атмосферного и температурах от 300 до 1600°С. Активируется реакция методом высокотемпературного химического транспорта системе графит-водород-алмаз. Атомарный водород реагирует с водородом, расположенным на поверхности затравочного алмаза, образуя молекулярный водород Н 2 , оставляя активные места для будущей реакции присоединения димера углерода СС (для этого используют молекулы CH 2 и CH 3).

         Но для получения  алмазоида с помощью МНТ и  наноробототехники, то мы должны бы были каждый раз удалять атомы водорода на их место ставить димер углерода CC . Но для этого требуются определенные инструменты.

         На сегодняшнее  время сканирующие электронные  микроскопы могут использоваться для  создания химических ковалентных связей, при этом полученная структура не будет самопроизвольно деформироваться даже присутствии возле нее одного или двух атомов-реагентов. Эти работы проводились Уилсоном Хо в 1999 году. Он и его коллеги с помощью атомно-силовой (далее - АСМ) и сканирующей туннельной микроскопии смогли образовать ковалентные связи.

         Ральф Меркле в предлагает улучшить современный "стихийный" процесс отделения водорода(Hydrogen Аbstraction Tool) с помощью механосинтеза. Предложенный им инструмент отделения водорода основан на свойствах пропинилового радикала С 3 Н 3 , который характеризуется высоким сродством к водороду.

         Далее, для размещения на поверхности синтезируемого алмазоида  димеров углерода было предложено несколько  инструментов. Дрекслер предложил два  различных инструмента на основе радикалов, имеющих горизонтальное расположение димера СС. Однако, сравнительно недавно, Роберт Фрайтас и Ральф Меркле предложили новые инструменты расположения димера, подкрепив свои исследования математическим моделированием.

         Эрик Дрекслер –  исследователь, изучающий возникновение  новых технологий и их значение в  будущем. Он - первый человек, которому удалось привлечь внимание человечества к нанотехнологии. Он также впервые определил концепцию, описанную Ричардом Фейнманом, как нанотехнологии. По сути дела, Дрекслер - провидец своего времени. Только в отличие от других провидцев, предсказания сбываются при его жизни, при этом он является "основателем" наномира. Имея в виду, что технологические разработки имели огромное влияние на развитие человечества, он изучает возникновение технологий, способных привести к таким изменениям в истории. В отличие от лабораторных исследований, где много ученых работают в узких областях науки, Эрик Дрекслер решил направить усилия на длительные разработки и их возможное влияние на экономические и социальные сферы – область, часто не учитываемая в научных исследованиях.

         Предложенный исследователями  инструмент DCB6-Si состоит из двух молекул адамантана (C 10 H 16), соединенных с димером СС при помощи атомов кремния. Полученный инструмент назвали бисиладамантаном. Исследователи уточнили, что это только сам "рабочий инструмент", без базы для держателя инструмента. Но, как можно увидеть, к молекуле сравнительно просто можно добавить держатель. Синтезирование подобной структуры современной химией представляет определенные трудности, поэтому, вероятно, ее будут конструировать с помощью АСМ-механосинтеза или подобных технологий. При этом такой инструмент также можно прикрепить к зонду АСМ.

         Весь рассмотренный  спектр инструментов механосинтеза  позволяет создать рабочую модель. Естественно, что его применение выходит далеко за рамки производства алмазоидов. Технология позволяет создавать и более сложные наносистемы.