Хемосинтез (нанотехнологии) - Chemosynthesis (nanotechnology)

Случайное тепловое (поступательное) движение частиц, при котором столкновения действуют как «точки» реакции.

В молекулярная нанотехнология, хемосинтез есть ли химический синтез куда реакции возникают из-за случайного теплового движения, класса, который охватывает почти всю современную синтетическую химию. Созданные человеком процессы химическая инженерия соответственно представлены как биомимикрия природных явлений, описанных выше, и весь класс нефотосинтетических цепей, с помощью которых строятся сложные молекулы, описывается как химио-.

Хемосинтез может применяться во многих различных областях исследований, в том числе в позиционной сборке молекул. Здесь молекулы собираются в определенных положениях для выполнения определенных типов хемосинтеза с использованием молекулярных строительных блоков. В этом случае синтез наиболее эффективно осуществляется за счет использования молекулярные строительные блоки с небольшим количеством связей. Без напряжения молекулы также предпочтительны, когда молекулы подвергаются минимальному внешнему напряжению, которое приводит к тому, что молекула имеет низкую внутреннюю энергию. Существует два основных типа синтеза: аддитивный и субтрактивный. В аддитивном синтезе структура начинается с нуля, а затем постепенно добавляются молекулярные строительные блоки, пока не будет создана необходимая структура. В субтрактивном синтезе они начинают с большой молекулы и удаляют строительные блоки один за другим, пока не будет достигнута структура.[1]

Затем эта форма инженерии противопоставляется механосинтез, гипотетический процесс, в котором отдельные молекулы механически управляются, чтобы контролировать реакции на человеческие спецификации. С фотосинтез и другие природные процессы создают чрезвычайно сложные молекулы в соответствии со спецификациями, содержащимися в РНК и долгое время хранится в ДНК форма, защитники молекулярная инженерия утверждают, что искусственный процесс может также использовать цепочку длительного хранения, краткосрочного хранения, фермент -подобные механизмы копирования, аналогичные тем, что в ячейка, и в конечном итоге производят сложные молекулы, которые не нужно белки. Например, лист алмаз или углеродные нанотрубки может быть произведена цепочкой небиологических реакций, которые были разработаны с использованием базовой модели биологии.

Использование термина хемосинтез усиливает мнение о том, что это возможно, указывая на то, что несколько альтернативных способов создания сложных белков, минеральных раковин моллюсков и ракообразных и т. д. эволюционировали естественным путем, и не все из них зависели от фотосинтеза и пищевая цепочка от солнца через хлорофилл.[2] Поскольку существует более одного такого пути создания сложных молекул, даже чрезвычайно специфичных, таких как белки съедобен рыбы, вероятность того, что люди смогут спроектировать совершенно новый, считается (этими защитниками) почти достоверной в долгосрочной перспективе и возможной в течение одного поколения.[2]

Современные приложения

Наночастицы целлюлозы, которые можно синтезировать с помощью методов хемосинтеза.

Было разработано несколько методов наноразмерного хемосинтеза, общим вариантом которых является химическое осаждение в ванне (CBD). Этот процесс позволяет осуществлять крупномасштабный синтез тонкопленочных слоев из различных материалов и особенно полезен при создании таких пленок для оптоэлектроника за счет эффективного создания сульфид свинца (PbS) фильмы. CBD-синтез этих пленок позволяет создавать как рентабельные, так и точные сборки с учетом типа и размера зерна, а также оптических свойств наноматериал продиктовано свойствами окружающей ванны. Таким образом, этот метод наноразмерного хемосинтеза часто реализуется, когда требуются эти свойства, и может использоваться для широкого спектра наноматериалов, а не только для сульфида свинца, благодаря регулируемым свойствам.[3]

Как объяснялось ранее, использование химического осаждения из ванны позволяет синтезировать большие отложения слоев нанопленок с низкими затратами, что важно при массовом производстве сульфид кадмия. Низкая стоимость, связанная с синтезом CdS посредством химического осаждения, привела к тому, что наночастицы CdS применялись для полупроводниковые сенсибилизированные солнечные элементы, которые при обработке наночастиц CdS улучшают характеристики своих полупроводниковых материалов за счет уменьшения энергии запрещенной зоны.[4] В частности, использование химического осаждения позволяет добиться более благоприятной ориентации кристаллитов CdS, хотя этот процесс занимает довольно много времени. Исследования, проведенные S.A. Vanalakar в 2010 году, привели к успешному производству пленки наночастиц сульфида кадмия толщиной 139 нм, хотя это произошло только после того, как нанесенные пленки были подвергнуты осаждению в течение 300 минут.[4] По мере увеличения времени осаждения пленки не только толщина пленки увеличивалась, но и уменьшалась ширина запрещенной зоны полученной пленки.[4]

Рекомендации

  1. ^ Меркл, Ральф (2000). «Молекулярные строительные блоки и стратегии развития молекулярной нанотехнологии». Нанотехнологии.
  2. ^ а б Jannasch, H.W .; Моттл, М. Дж. (23 августа 1985 г.). «Геомикробиология глубоководных гидротермальных источников». Наука. 229 (4715): 717–725. Bibcode:1985Sci ... 229..717J. Дои:10.1126 / science.229.4715.717. ISSN  0036-8075. PMID  17841485.
  3. ^ Pawar, S.B .; Shaikh, J.S .; Деван, Р.С.; Ma, Y.R .; Haranath, D .; Bhosale, P.N .; Патил П.С. (2011). «Простой и недорогой хемосинтез наноструктурированного PBS с настраиваемыми оптическими свойствами». Прикладная наука о поверхности. 258 (5): 1869–1875. Bibcode:2011ApSS..258.1869P. Дои:10.1016 / j.apsusc.2011.10.069.
  4. ^ а б c Ваналакар, С.А. «Квантовые размерные эффекты в хемосинтезированных наноструктурированных тонких пленках CdS». Дайджест журнала наноматериалов и биоструктур.