Search

International audience; Maszyny molekularne [1], zwane także nano-maszynami, są obiektami w skali nanometrycznej, które mogą wykonywać ruchy translacyjne i/lub rotacyjne charakterystyczne dla urządzenie mechanicznych. Synteza tego typu nano-obiektów, to jest nowa rozwijająca się dziedzina, której znaczenie zostało potwierdzone przez przyznanie nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 2016 roku [2-4]. W niniejszej prezentacji dyskutujemy rozwój tej dziedziny od czasów Richard’a Feynmann’a [5] do czasów współczesnych, z akcentem na aktualny ‘state of art’ w tej działalności.Przedstawimy koncepcję molekularnego motoru [6] i przedyskutujemy rożne aspekty związane z jego funkcjonowaniem: źródła energii, wpływ masy i lepkości otoczenia, oraz rolę ruchów Browna, a tym samym zwrócimy uwagę na termodynamiczne nierównowagowe aspektu nano-systemów.

International audience; W odróżnieniu od obiektów makroskopowych, własności układów o rozmiarach nanometrycznych silnie zależą od ich wielkości i kształtu. Wynika to z faktu, iż większość atomów nanoobiektów znajduje się na ich powierzchni, i ich ich energia kohezji jest mniejsza niż atomów wewnątrz układu. Pokażemy, że gęstość gazu zamkniętego w objętości (w porze) o rozmiarach nanometrycznych, ograniczonej nieoddziaływującymi ścianami jest niejednorodna, i mniejsza (średnio) niż gęstość gazu w skali makroskopowej. Niejednorodność rozkładu gęstości maleje gdy rozmiary układu rosną, i jest zaniedbywalna dla obiektów o rozmiarach powyżej 5 nm. Z drugiej strony, gdy rozmiary poru maleją, gęstość gazu zbliża się do wartości gęstości gazu doskonałego. Efet ten należy odróżnić od niejednorodności gęstoci gazów zaadsorbowanych w nanoporach, spowodowanej różnicą siły oddziaływania gaz-gaz i gaz-adsorbent, która zmienia się wraz z odległością od adsorbenta. Wynik ten ma fundamentalne znaczenie w opisie ilościowym zjawisk adsorpcji, i poprawnym oszacowaniu adsorpcji całkowitej i nadmiarowej w nanoporach. Obie wielkości są obliczane zakładając stałą i jednorodną gęstość gazu w danych warunkach termodynamicznych (p,T), wyznaczoną dla obiektów makroskopowych. Ponadto objętość zajmowana przez gaz w nanoporach nie jest prosta i jednoznaczna do zdefiniowania. Tymczasem obie wielkości: objętość poru i gęstość gazu jaki można pomieścić (bez adsorbcji) w nanoporze są wielkościami niezbędnymi dla poprawnej ilościowej interpretacji eksperymentalnych izoterm adsorbcji. Przeanalizujemy ten aspekt na przykładzie sześciu gazów : badanych intensywnie nośników energii H2 i CH4, używanych do charakteryzacji materiałów porowatych N2, Ar i Kr, oraz CO2, podstawowego gazu cieplarnianego. Praca wykonana w ramach grantu French National Research Agency ANR, grant HYSTOR no. ANR-14-CE05-0009.