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赖斯大学和休斯敦大学研究新一代纳米汽车

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58京牌 ,莱斯大学(Rice University)和休斯顿大学(University of Houston)的纳米力学科学家们,正在为第二届国际纳米汽车大赛(Nanocar Race)做准备。

(图片来源:RICE)

莱斯大学的化学家James Tour和休斯顿大学清湖分校(University of Houston-Clear Lake)的Anton Dubrovski领导此项研究,用叔丁基车轮对汽车进行升级,有助于它们在由金原子制成的赛道中导航,塔架由一些布局良好的原子组成。

与在第一届国际纳米车大赛(2017年)中的获奖作品一样,这些纳米车具有永久性偶极矩,可以提高它们在表面上的速度和可驾性。Tour表示:“永久偶极子使汽车更易受到电场梯度的影响,而电场梯度是用来推动和操纵它们的。我相信很多参赛纳米车中都会内置这一先进设计元素。”

今年的车型也更轻,略高于新规定要求的最低100个原子。Tour称:“我们在第一次比赛中使用的赛车只有50个原子。按照最新标准,分子量大幅增加。这很可能是因为比赛组织者想要我们放缓速度,因为上次我们只用了1.5小时就完成了30小时的比赛。”

为了使汽车的原子数超过100个,同时简化其合成,研究人员采用模块化工艺,用全叔丁基、全金刚烷基轮(就像以前的纳米车一样)或两者的组合,制造了五辆新车。在90个原子的情况下,只有丁基轮的汽车非常小,其与轨道的相互作用可以达到最小化,而且底盘也更短更小。通过使用组合车轮,莱斯实验室制造了有114个原子的纳米车。Tour称:“这既可以满足比赛要求,也能保持最低重量。”

奥地利格拉茨大学(University of Graz)的Leonhard Grill教授领导的团队将负责驱动纳米车。据介绍,该团队在2017年将莱斯的赛车带过了终点线,并在扫描隧道显微镜定向操作方面拥有丰富的专业知识。

该项比赛的首要目标是推动纳米机器的发展,这些机器能够进行实际工作,比如运载分子规模的货物和促进纳米制造。Tour表示:“这场比赛突破了分子纳米汽车设计和控制方法的极限。因此,通过这种竞争性过程,可以提高全球专业知识,并鼓励整个纳米操纵领域更快地发展。”

原定于明年夏天举行的比赛因疫情推迟,但参赛者仍需要在法国集合,接受评委的监督。届时所有参赛队伍都将在自家实验室的扫描隧道显微镜下,通过互联网在轨道上控制自己的汽车。Tour说:“所有的车手们将聚在一起,赛车和赛道将分散在世界各地。但每条轨道的距离是相同的,只有几纳米。”

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