Kemosyntes (nanoteknik)

Slumpmässig termisk (translationell) rörelse av partiklar, med kollisioner som fungerar som reaktionspunkter

Inom molekylär nanoteknik är kemosyntes vilken kemisk syntes som helst där reaktioner uppstår på grund av slumpmässig termisk rörelse, en klass som omfattar nästan all modern syntetisk kemi. De mänskligt författade processerna inom kemiteknik representeras följaktligen som biomimik av naturfenomenen ovan, och hela klassen av icke-fotosyntetiska kedjor genom vilka komplexa molekyler konstrueras beskrivs som kemo- .

Kemosyntes kan tillämpas inom många olika forskningsområden, inklusive vid positionsmontering av molekyler. Det är här molekyler sätts ihop i vissa positioner för att utföra specifika typer av kemosyntes med hjälp av molekylära byggstenar. I detta fall utförs syntesen mest effektivt genom användning av molekylära byggstenar med en liten mängd bindningar. Oansträngda molekyler är också att föredra, vilket är när molekyler utsätts för minimal yttre stress, vilket leder till att molekylen har låg inre energi. Det finns två huvudtyper av syntes: additiv och subtraktiv. I additiv syntes börjar strukturen med ingenting, och sedan tillsätts gradvis molekylära byggstenar tills den struktur som behövs skapas. I subtraktiv syntes börjar de med en stor molekyl och tar bort byggstenarna en efter en tills strukturen uppnås.

Denna form av ingenjörskonst ställs sedan mot mekanosyntes , en hypotetisk process där enskilda molekyler manipuleras mekaniskt för att kontrollera reaktioner på mänskliga specifikationer. Eftersom fotosyntes och andra naturliga processer skapar extremt komplexa molekyler enligt specifikationerna som finns i RNA och lagras långsiktigt i DNA -form, hävdar förespråkare för molekylär ingenjörskonst att en artificiell process på samma sätt kan utnyttja en kedja av långtidslagring, korttidslagring, enzymliknande kopieringsmekanismer som liknar de i cellen , och producerar i slutändan komplexa molekyler som inte behöver vara proteiner . Till exempel kan diamant- eller kolnanorör produceras av en kedja av icke-biologiska reaktioner som har utformats med hjälp av biologins grundläggande modell.

Användningen av termen kemosyntes förstärker uppfattningen att detta är genomförbart genom att påpeka att flera alternativa sätt att skapa komplexa proteiner, mineralskal av blötdjur och kräftdjur etc., utvecklades naturligt, inte alla beroende av fotosyntes och en näringskedja från sol via klorofyll . Eftersom det finns mer än en sådan väg för att skapa komplexa molekyler, till och med extremt specifika sådana som proteiner som är ätbara för fisk , anses sannolikheten för att människor ska kunna designa en helt ny (av dessa förespråkare) vara nästan säker på lång sikt , och möjligt inom en generation.

Moderna applikationer

Cellulosananopartiklar som kan syntetiseras genom kemosyntetiska metoder.

Flera metoder för kemosyntes i nanoskala har utvecklats, en vanlig variant av dessa är kemisk baddeposition (CBD). Denna process möjliggör storskalig syntes av tunna filmskikt av en mängd olika material, och har varit särskilt användbar för att tillhandahålla sådana filmer för optoelektronik genom att effektivt skapa blysulfid (PbS) filmer. CBD-syntes av dessa filmer möjliggör både kostnadseffektiva och exakta sammansättningar, med korntyp och storlek samt optiska egenskaper hos nanomaterialet som dikteras av egenskaperna hos det omgivande badet. Som sådan implementeras denna metod för kemosyntes i nanoskala ofta när dessa egenskaper önskas, och kan användas för ett brett utbud av nanomaterial, inte bara blysulfid, på grund av de justerbara egenskaperna.

Som förklarats tidigare möjliggör användningen av kemisk badavsättning syntes av stora avlagringar av nanofilmskikt till en låg kostnad, vilket är viktigt vid massproduktion av kadmiumsulfid . Den låga kostnaden förknippad med syntesen av CdS genom kemisk avsättning har sett att CdS-nanopartiklar appliceras på halvledarsensibiliserade solceller, som när de behandlas med CdS-nanopartiklar ser förbättrad prestanda i sina halvledarmaterial genom en minskning av bandgapsenergin. Användningen av kemisk avsättning i synnerhet gör att kristallitorienteringen av CdS blir mer gynnsam, även om processen är ganska tidskrävande. Forskning av SA Vanalakar 2010 resulterade i en framgångsrik produktion av kadmiumsulfid nanopartikelfilm med en tjocklek på 139 nm, även om detta var först efter att de applicerade filmerna fick genomgå avsättning i 300 minuter. När avsättningstiden ökades för filmen visade sig inte bara filmtjockleken öka, utan bandgapet för den resulterande filmen minskade.