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2018
04-18

加州大学洛杉矶分校的化学家报告了关于纳米级物质性质的新见解


加州大学洛杉矶分校纳米科学研究人员已经确定,在我们的日常生活中,与水行为相似的液体变得像蜂蜜一样沉重,当被困在多孔固体的纳米笼中时,提供了关于物质如何在纳米级世界行为的新见解。资深作者MiguelGarcía-Garibay,加州大学洛杉矶分校物理科学系主任,化学和生物化学教授MiguelGarcía-Garibay说:“我们正在越来越多地了解纳米级物质的性质,以便我们可以设计具有特定功能的机器。 。

该研究发表在ACS中央科学杂志上。

纳米级有多小?纳米尺寸小于红血球尺寸的1 / 1,000,人发直径约为1 / 20,000。尽管世界各地的科学家进行了多年的研究,但纳米尺度的物质尺寸非常小,这使得学习运动如何在这个尺度上起作用是一个挑战。美国国家科学基金会项目主任尤金·祖巴列夫(Eugene Zubarev)表示:“这项令人兴奋的研究得到了美国国家科学基金会的支持,代表了分子机器领域的一项重大进步。 “无论是在分子电子学和微型器件的基础研究和实际应用方面,它肯定会促进进一步的工作。米格尔·加西亚·加里拜(Miguel Garcia-Garibay)是该领域的开拓者之一,在高影响力工作和突破性发现方面拥有非常强大的纪录。“

复杂纳米机器可能比单元小得多的可能用途包括将药物放入例如纳米笼和释放细胞内的货物,杀死癌细胞;由于医学原因运输分子;设计分子计算机,可能在您意识到任何症状之前,可能被放置在您的身体内检测疾病;甚至可能设计新的物质形式。 García-Garibay的研究小组设计了三种旋转纳米材料,称为MOFs或金属有机骨架,称为UCLA-R1,UCLA-R2和UCLA-R3 “r”代表转子)。有时被称为水晶海绵的MOFs具有孔隙 - 可以储存气体的开口,或者在这种情况下是液体。

研究转子的运动使得研究人员能够隔离流体粘度在纳米尺度上的作用。使用UCLA-R1和UCLA-R2,分子转子占据很小的空间并阻碍彼此的运动。但是在UCLA-R3的情况下,除了液体分子以外,没有什么能够减缓纳米笼内的转子。 GarcíaGaribay的研究小组测量了分子在晶体中旋转的速度有多快。每个晶体都有一个在纳米笼内旋转的分子的四分之一,化学家知道每个分子的位置。

UCLA-R3由大分子转子构建而成,这种转子在受纳米尺度环境中10个液体分子的粘滞力影响下运动。 “加利福尼亚纳米系统研究所的成员García-Garibay说:”这是非常普遍的,当你有一组旋转分子时,转子受到与它们相互作用的结构中的某些东西的阻碍,但是不在UCLA-R3中。在加州大学洛杉矶分校“UCLA-R3的设计是成功的。我们希望能够控制粘度,使转子彼此相互作用;我们想要了解粘度和热能来设计显示特定行为的分子。我们希望控制分子之间的相互作用,以便它们可以相互作用并与外部电场相互作用。“

García-Garibay的研究团队已经在晶体运动方面工作了10年,并在晶体中设计分子马达。为什么这个这么重要?

García-Garibay说:“我可以精确地了解晶体中的分子,精确的原子排列,没有不确定性。 “这提供了一个很大程度的控制,这使我们能够学习在纳米级分子功能的不同原则。”

加西贝希望设计水晶,利用光的属性,其应用可能包括进步通信技术,光学计算,传感和光电领域,它利用了光的特性;光 可以有足够的能量来打破分子中的键。 “

”如果我们能够将电磁能转化为电能,或者将运动转化为电能,那么我们就有可能使分子器件变得更小。“他说。 “分子机器可以做很多很多的事情。我们还不完全了解分子机器的潜力,但是一旦我们深入了解运动如何在固体中发生,就可以开发出许多应用程序。“

合着者是第一作者邢江,加州大学洛杉矶分校García-Garibay实验室的研究生,今年完成了他的博士学位。来自中国南京晓庄大学的访问学者段海宝在García-Garibay实验室进行了一年的研究,和加州大学洛杉矶分校化学和生物化学专业的晶体学家赛义德·汗(Saeed Khan)。

该研究由国家科学基金会资助(授予DMR140268)。

García-Garibay将继续他在任职期间的晶体和绿色化学分子运动研究。