FAU研究小组用几个原子开发齿轮装置
FAU——费里德里希-亚历山大大学

越来越小、越来越复杂——如果没有小型化，我们今天就没有高性能笔记本电脑、紧凑型智能手机或高分辨率内窥镜所需的组件。现在正在对仅包含几个原子的开关、转子或电机进行纳米级的研究，以构建所谓的分子机器。FAU的一个研究团队已经成功制造出世界上最小的能量驱动齿轮和相应的对应物。纳米齿轮装置是第一个也可以主动控制和驱动的装置。研究人员的研究结果最近发表在著名的《自然化学》杂志上。

小型化在现代技术的进一步发展中起着关键作用，并使制造具有更大功率的更小设备成为可能。它还在制造业中发挥着重要作用，因为它允许以前所未有的精度生产材料和功能材料或药物。现在，研究已经进入了肉眼看不见的纳米级，重点是单个原子和分子。诺贝尔化学奖证明了这一新研究领域的重要性，该奖于 2016 年授予对分子机器的研究。

分子机器中使用的一些重要部件，如开关、转子、镊子、机械臂甚至电机，已经存在于纳米级。任何机器的另一个重要组件是齿轮，它可以改变方向和速度，并使运动相互连接。齿轮也存在分子对应物，然而，到目前为止，它们只是被动地前后移动，这对于分子机器来说并不是非常有用。

由 FAU 有机化学 I 主席、慕尼黑 LMU 初级研究小组负责人 Henry Dube 教授领导的研究小组开发的分子齿轮只有 1.6 nm，相当于大约 50,000 纳米人类头发的厚度——同类中最小的。但这还不是全部。该研究团队成功地为分子齿轮及其对应物提供动力，从而解决了构建纳米级机器的基本问题。

齿轮单元由两个相互联锁的部件组成，仅由 71 个原子组成。其中一个成分是三蝶烯分子，其结构类似于螺旋桨或斗轮（动画中以浅灰色显示）。第二个组件是硫靛分子的扁平片段，类似于小板（动画中以金色显示）。如果板旋转 180 度，螺旋桨仅旋转 120 度。结果是 2:3 的传动比。

纳米齿轮装置由光控制，使其成为分子摄影机。由于它们由光能直接驱动，因此板和三蝶烯螺旋桨以锁定的同步旋转运动。正如 FAU 团队发现的那样，仅靠热量不足以使齿轮装置旋转。当研究人员在黑暗中加热齿轮装置周围的溶液时，螺旋桨转动，但盘子没有——齿轮“打滑”。因此，研究人员得出结论，可以使用光源激活和控制纳米齿轮装置。

分子齿轮，感觉离我们很远，科技进步太快了，说不定没多久就会走进我们的生活！ 今天就分享到这，喜欢这篇文章的小伙伴，帮忙点个赞，谢谢！