沒時間解釋了,快上車!諾貝爾化學獎飆車了!
獲獎者之一費林加說,「這就像當年有人問懷特兄弟,第一架飛機造出來的時候,我們要這個會飛的玩意做甚啊?」
現在坐飛機成了家常便飯,當年問這個問題的人一定沒想到吧。
不過,在另一群分子化學家眼裡,分子機器當然有用啦,既然有輪子有車,那就可以飈!車!啊!
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不開玩笑,真的有這樣一個比賽——
納米車大獎賽(Nanocar Race)!
這個分子車飆車大賽於2016年10月14-15日舉行,比賽的主辦方是法國國家科學研究中心(CNRS),賽場位於法國圖盧茲的材料和結構研究中心(Centre d élaboration de matériaux et d études structurales,縮寫CEMES)。比賽內容非常簡單——來自世界9個國家的實驗室組成了6支隊伍,自己設計自己的分子車,然後在一個純金的跑道上(是金,不是金色),在零下270多度的真空中,讓分子車往前開,在指定時間內誰開得最遠,誰就獲勝了。
賽道
可能我們看來很光滑的表面,在電子顯微鏡的納米尺度,都是坑坑窪窪的。對於一個比頭髮絲還要細上1000倍的分子車來說,你家裡的鏡子上面全是東非大裂谷。而純的金單質表面可以處理得十分平滑。
觀戰
一般我們看賽車飆車都是在電視上,這個比賽嘛,也是顯示器……不過是電子顯微鏡的顯示器。
用來欣賞激動人心的分子飆車賽的掃描隧道電子顯微鏡,STM。
顯微鏡的解析度達到了驚人的2皮米,比你的電視電腦5K屏什麼的不知道秒到哪裡去了。看飆車呢,也不是一直守在顯示屏前面激動人心地看,而是隔一段時間掃描一次,看它走了多少。
但是看起來依然還是……有點模糊?
動力
誰給賽車加油呢?動力來自電子顯微鏡尖端的探針,他們需要給探針上面加上一點電壓,產生微弱的電流,刺激分子車往前移動。
好了,那麼速度呢?嗯……大概是時速5納米的樣子。(笑什麼,風馳電掣啊!!!)比賽時間是38個小時,賽道有兩個轉彎、三個直道,最後差不多100-200納米——一個感冒病毒那麼大。
別小看了這個,這代表著參賽隊伍必須要能夠控制分子車的方向、要能讓它持續向前還能轉彎。
參賽選手
這個德國小哥叫Frank Eisenhut,隊伍來自德累斯頓科技大學,他們拿出了最不像車的車——其實看起來更像是一個飛鏢——名字是「風車」(Windmill),四個ABP分子由氫鍵連起來。這項賽事里,所有的車,都必須不大於1000個原子,而他們這個小玩意算是倒數第二迷你的。電荷刺激風車的臂,然後整個車會朝著那個臂的方向移動。
就像這樣!
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東道主法國隊本土作戰,還請來了真正的汽車公司標緻雪鐵龍集團贊助!
他們的車更大、更像是車,有正兒八經的底盤,還有輪子,名字叫Green Buggy——綠色沙漠車。該車的化學名可以寫上10行,簡單來講就是184個碳原子和116個氫原子。電流通過的時候,會刺激「輪子」旋轉,像一個真車一樣往前開!(這個也跟諾貝爾化學獎介紹的那個可以轉動的輪子是有點相通的)
他們隊伍介紹自己的優勢的時候,一本正經地說,輪子的滾動摩擦比較小……嗯,是這個道理。
(順便,組裝的過程已經於2012年發表了論文)
瑞士隊由巴塞爾大學的實驗室參加,它們的Swiss Dragster跟德國隊的一樣都非常小,比較平,只有三個「臂」。
驅動的地方在尾部,給一個電流,它就往前跑。小個子的摩擦力小,移動速度也快。
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不過呢,他們的車的弱點也很明顯——這個大分子不能很好地附著在金的表面,常常會跑到電子顯微鏡的探針上,衝出賽道消失了。(……)
日本代表隊來自筑波的國家材料研究中心,也是業界大手汽車公司豐田贊助的。
但是他們的車呢和豐田不太一樣,結構非常柔軟,通過蠕動(……)前進,像毛毛蟲一樣。
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然後是帶有美式肌肉車感覺的美國隊,來自俄亥俄大學。車名Bobcat Wagon,看這霸氣的輪子!
最後是奧地利-美國聯合隊,分別來自格拉茨大學和賴斯大學。這個車和法國隊有點相似,不過截止寫稿的時候,他們還沒有確定最後的方案……(這樣真的好么,還有10天就要參賽了誒……)
這絕對是世界上最小的賽車比賽了,而搞這個比賽呢,也是研究者們的大新聞,可以看到,諾貝爾獎三位開拓出來的領域,已經有這麼多活躍的研究者啦,而且不僅有了機器,還可以真正地往前開,這不是很偉大的成就么!
(插播冷知識:著名的卡爾·賓士老師在1885年造出了第一輛真正意義上的汽車。第一次有組織的比賽飆車呢?1887年的巴黎,大約兩公里,從Neuilly Bridge到Bois de Boulogne。當然,第一次正式的汽車賽是1894年從巴黎到盧恩,那時候的車是這個樣子的……)
這次比賽,挑戰的主要是能夠合成精密結構的分子,還能對它進行操控。這是分子機器的一大步。將來我們更複雜的分子機器,也會建立在這些技術基礎之上。甚至推動整個分子化學領域的進步。化學不再是像科學怪人一樣拿個瓶瓶罐罐,分子化學拼的就是微觀世界的高精尖。
其實還是很難的,衛報這麼形容,「想像你是在一片黑暗中,戴著拳擊手套拼樂高玩具」(Imagine trying to build a lego castle in the dark with boxing gloves)。現在我們有了分子樂高車,以後也會有分子樂高城,有愉快的小人在樂高城裡走來走去……啊啊,那時候會有真·分子跑車也不一定。
(不過,這也是細思極恐的事情……聽說過灰蠱么……科科。)
※我果然老了!現在的孩子,都是這樣理解警告標識的了?
※新科諾獎得主,很牛X是嗎?他爹才是大魔王啊!
※你望眼欲穿的秋日盛宴背後,是大閘蟹跨越兩年的等待……
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