Оригінал: http://e-drexler.com/d/06/00/Nanosystems/toc.html

Логотип WileyКнопка StumbleUpon

Наносистеми


Наносистеми :
Молекулярне машинобудування,
Виробництво та обчислення



У продажу на Amazon
Див. Також: індійське видання Nanosystems (Wiley India, 2010)


Примітка. Дисертація МІТ з 1991 року Еріка Дрекслера "Молекулярне обладнання та виробництво з додатками до обчислень" [pdf, 30 MB] тепер доступна в Інтернеті. Дисертація була написана як проект Наносистем , і містить більшу частину змісту книги в майже кінцевій формі.

Оновлення, грудень 2012 р .: Наступний зміст та зразкові розділи тепер доступні в українському перекладі .



Передмова

Глава 1. Введення та огляд

ЧАСТИНА I. ФІЗИЧНІ ПРИНЦИПИ

Глава 2. Класичні магніти та закони масштабування

Глава 3. Потенційні енергетичні поверхні

Глава 4. Молекулярна динаміка

Глава 5. Позиційна невизначеність

Глава 6. Переходи, помилки та пошкодження

Глава 7. Розподіл енергії

Глава 8. Механосинтез

ЧАСТИНА II. КОМПОНЕНТИ І СИСТЕМИ

Глава 9. Нанорозмірні структурні компоненти

Глава 10. Мобільні інтерфейси та рухомі частини

Глава 11. Проміжні підсистеми

Глава 12. Наномеханічні обчислювальні системи

Глава 13. Молекулярне сортування, обробка та збірка

Глава 14. Молекулярні системи виробництва

ЧАСТИНА III. СТРАТЕГІЇ ВПРОВАДЖЕННЯ

Глава 15. Макромолекулярна інженерія

Глава 16. Шляхи до молекулярної промисловості

Додаток А. Методологічні проблеми теоретичної прикладної науки

Додаток Б. Схожі дослідження

Післямова

Символи, одиниці та константи

Словник термінів

Список літератури


Детальний зміст:

Передмова

Планована читацька аудиторія. Характер суб'єкта. Критика критики. Використання часів. Цитати та вибачення. Подяка.

Глава 1. Введення та огляд

1.1. Чому молекулярне виробництво?

1.2. Що таке молекулярне виробництво?

Приклад: наномеханічний підшипник. Хімічний погляд на молекулярне виробництво. Експозиція проти послідовності реалізації.

1.3. Порівняння

Звичайне виготовлення та машинобудування. Мікрофібри та мікротехнології. Хімія розчинення фаз. Біохімія та молекулярна біологія.

1.4. Підхід у цьому томі

Дисциплінарний діапазон, рівень та подання. Рівні абстракції та наближення. Сфера застосування та припущення. Цілі та нецілі.

1.5. Огляд наступних розділів

Огляд Части I. Огляд Частини II. Огляд частини III. Огляд додатків. Відкриті проблеми.

ЧАСТИНА I. ФІЗИЧНІ ПРИНЦИПИ

Глава 2. Класичні магніти та закони масштабування

2.1. Огляд

2.2. Наближення та класичні моделі континууму

2.3. Масштабування класичних механічних систем

Основні припущення. Магніти та масштабування. Основні виправлення.

2.4. Масштабування класичних електромагнітних систем

Основні припущення. Основні виправлення. Магніти та масштабування: стаціонарні системи. Магніти та масштабування: системи, що змінюють час.

2.5. Масштабування класичних теплових систем

Основні припущення. Основні виправлення. Магніти та масштабування.

2.6. Крім класичних моделей континууму

2.7. Висновки


Глава 3. Потенційні енергетичні поверхні

3.1. Огляд

3.2. Квантова теорія та наближення

Огляд квантової механіки. Борн-Оппенгеймер PES. Молекулярні орбітальні методи.

3.3. Молекулярна механіка

Підхід молекулярної механіки. Модель MM2. Енергія, сила і жорсткість при великих навантаженнях.

3.4. Потенціал для хімічних реакцій

Зв'язок з іншими методами. Розщеплення зв'язків і радикальне зчеплення. Абстрактні реакції

3.5. Континуумне зображення поверхонь

Континуумні моделі ван дер Ваальса. Поперечно-континуумні моделі поверхонь. Молекулярні моделі та обмежені моделі континууму.

3.6. Висновки

3.7. Подальше читання


Глава 4. Молекулярна динаміка

4.1. Огляд

4.2. Нестатистична механіка

Вібраційні рухи. Реакції та ставки переходу. Узагальнені траєкторії.

4.3. Статистична механіка

Детальна динаміка проти статистичної механіки. Основні результати в рівноважній статистичній механіці. Конфігурація-простір зображення. Рівновагу проти нерівноважних процесів. Ентропія та інформація. Невизначеність у наномеханічних системах. Середньосильні потенціали.

4.4. ПЕС переглянуто: вимоги до точності

Фізична точність. Хімічна точність. Точна енергія та наномеханічний дизайн.

4.5. Висновки

4.6. Подальше читання


Глава 5. Позиційна невизначеність

5.1. Огляд

5.2. Позиційна невизначеність у техніці

5.3. Термально збуджені гармонічні осцилятори

Класична обробка. Квантовомеханічна обробка.

5.4. Еластичне розширення термічно збуджених прутків

Класична обробка континууму. Квантовомеханічні методи лікування.

5.5 Пружне згинання термічно збуджених прутів

Класична обробка. Квантова механічна обробка полуконтинуума. Інженерні наближення. Зсув і згин у квантовому межі.

5.6. Переміщення поршня в циліндрі з газом

Зважування з точки зору потенційної енергії та наявних станів. Зважування з точки зору потенціалу середньої сили. Зважування з точки зору вільної енергії Гельмгольца. Порівняння та квантові ефекти.

5.7. Продольна дисперсія від поперечної деформації

Загальний підхід. З'єднання та дисперсія. Стовбури з напругою та поперечними обмеженнями. Стовбури з вільно ковзаючими кінцями і без поперечного обмеження.

5.8. Еластичність, ентропія та коливальні режими

Нехтування коливальними модами в класичних пружних джерелах. Консервативне масштабування дисперсії з температурою.

5.9. Висновки


Глава 6. Переходи, помилки та пошкодження

6.1. Огляд

6.2. Переходи між потенційними свердловинами

Теорії держави перехідного періоду. Класичні теорії перехідного стану. Квантові перехідні стану теорії. Тунелювання

6.3. Помилки місця розташування

Моделі PES, що залежать від часу. Моделі помилок. Моделі помилкових з'єднань.

6.4. Термомеханічні пошкодження

Огляд Машина - це стабільність на етапі рішення. Термічне розщеплення зв'язку. Термомеханічне розщеплення зв'язку. Інші механізми хімічного пошкодження. Стабільність поверхонь. Термічна іонізація та розподіл заряду.

6.5. Фотохімічний ушкодження

Енергетичні фотони. Огляд фотохімічних процесів. Дизайн для фотохімічної стабільності. Фотохімічне екранування.

6.6. Радіаційний ушкодження

Дозування випромінювання та опромінення. Класична радіаційна цільова теорія. Вплив структури доріжки. Радіаційний захист.

6.7. Компонент та час життя системи

Компонентний термін служби. Тривалість системи.

6.8. Висновки


Глава 7. Розсіювання енергії

7.1. Огляд

7.2. Радіація від примусових коливань

Огляд Акустичні хвилі та апроксимація рівної швидкості. Коливальна сила в точці. Коливання крутного моменту в точці. Коливаючий тиск в об'ємі. Переміщення перешкод.

7.3. Фонони та фононні розсіювання

Фононівський імпульс і тиск. Дебаєва модель густини енергії фононів. Фононів розсіювання перетягніть. Розсіювання з гармонічних осциляторів. Розсіювання від смуг вирівнювання в підшипниках. Стрижка-відбивання перетягніть. Межфазное фонон-фононное розсіювання.

7.4. Термопружне демпфування та фононна в'язкість

Термопружне демпфування. Фононна в'язкість. Застосування до рухомих частин і стрічок вирівнювання.

7.5. Стиснення потенційних свердловин

Зсув квадратний добре. Гармонічне свердління свердловини. Багатовимірні системи.

7.6. Переходи між залежними від часу колодязями

Огляд Розсіювання енергії при злитті свердловин. Вільне розширення і симетричне добре злиття. Асиметричне добре злиття. Оптимальне добре злиття в умовах невизначеності.

7.7. Висновки


Глава 8. Механосинтез

8.1. Огляд

Механохімія: терміни та поняття. Сфера застосування та підхід.

8.2. Перспективи на етапі органічного синтезу

Масштаби та масштаби хімії. Визначення якісних результатів в органічному синтезі. Огляд синтетичних досягнень.

8.3. Рішення-фазовий синтез та механізми синтезу

Аналітичний підхід. Основні обмеження, накладені механічним синтезом. Основні можливості, передбачені механічним синтезом. Попередній перегляд: молекулярне виробництво та обмеження надійності. Резюме порівняння.

8.4. Реактивні види

Огляд Іонні види. Ненасичені вуглеводні. Вуглекислий радикал. Карбене. Металоорганічні реактиви.

8.5. Насильні механіко-хімічні процеси

Огляд Загальні міркування. Розщеплення розтягнення зв'язків. Абстракція Алкіновий та алкіновий радикальні добавки. Пір-зв'язок крутіння. Радикальні зсуви Карбеневі доповнення та вставки. Алкіновий та алкіновий циклічнісполуки. Перехідно-металеві реакції.

8.6. Механосинтез алмазоідних структур

Навіщо розглядати синтез алмазу? Навіщо розглядати кілька стратегій синтезу? Алмазні поверхні. Поетапні процеси синтезу. Процеси осадження ниток. Кластерні стратегії. До менш алмазоподібних алмазоідів. Механосинтез недіамазоідних структур.

8.7. Висновки

ЧАСТИНА II. КОМПОНЕНТИ І СИСТЕМИ

Глава 9. Нанорозмірні структурні компоненти

9.1. Огляд

9.2. Компоненти в контексті

9.3. Матеріали та моделі для наномасштабних компонентів

Класи матеріалів. Матеріали або молекулярні структури. Обмежений континуумний підхід.

9.4. Поверхневі ефекти на складові властивості

Матеріали і жорсткість. Призначення розмірів. Обчислювальні експерименти на модулі стрижня.

9.5 Контроль форми в неправильних структурах

Контроль форми та деталізації специфікації. Оцінки кількості алмазоідних структур. Виключення структур геометричними обмеженнями. Виключення структур за вимогами молекулярного зв'язування. Кронштейни Kaehler.

9.6. Компоненти високої обертальної симетрії

Структура напруженої оболонки. Вигнуті оболонки. Спеціальні корпусні конструкції.

9.7. Клейові інтерфейси

Привабливість ван-дер-Ваальса та сполучення структур. Іонні та водневі зв'язки. Ковалентні міжфазні зв'язки.

9.8. Висновки


Глава 10. Мобільні інтерфейси та рухомі частини

10.1 Огляд

10.2. Просторові перетворення Фур'є незв'язаних потенціалів

Бар'єрні висоти і суми синусоїдів.

10.3. Розсув неправильних предметів над звичайними поверхнями

Мотивація: модель випадкової ходьби бар'єрних висот. Аналіз бар'єрних висот Монте-Карло. Наслідки для обмежень на структуру. Моделі розсіювання енергії. Статичне тертя. Об'єднані сайти.

10.4 Симметричні підшипники для рукавів

Моделі симетричних підшипників рукав. Просторові частоти та операції симетрії. Властивості нерозвантажених підшипників. Властивості навантажених підшипників. Жорсткість підшипника в наближенні поперечного континууму. Механізми розсіювання енергії. Рукавні підшипники в молекулярних деталях. Менш симетричні підшипники рукав.

10.5 Подальше застосування підшипників ковзання-інтерфейсу

Гайки та гвинти. Стрижні в рукавах. Постійні силові пружини.

10.6. Атомно-осьові підшипники

Опорні підшипники. Атомно-точечні підшипники.

10.7. Шестерні, ролики, ремені та кулачки

Шестерні передач. Гвинтові передачі. Решітки та роликові підшипники. Конічні шестерні. Черв'ячні передачі. Системи ременного і роликового зв'язку. Камери Системи планетарних передач.

10.8. Бар'єри в розширених системах

Розсув неправильних предметів над неправильними поверхнями.

10.9. Амортизатори, вішалки, муфти та тримачі

Амортизатори. Вересень Муфти. Ратці та оборотність.

10.10. Перспектива: наномашини та макромашини

Подібність між наномашинами і макромашинами. Відмінності між наномашинами і макромашинами.

10.11. Повторне перегляду граничних моделей континууму

10.12. Висновки


Глава 11. Проміжні підсистеми

11.1. Огляд

11.2. Механічні пристрої вимірювання

Добре розбивка і індикатор фіксації. Сила дискримінації. Форма та положення дискримінації. Надійність через повторні вимірювання.

11.3. Жорсткі, високі механізми коефіцієнта передачі

Гармонічні диски. Тороидальные черв'ячні диски.

11.4. Рідини, ущільнення та насоси

Мікромеханіка рідини. Стіни та пломби. Насоси та вакуумні системи.

11.5 Конвективні системи охолодження

Закон Мюррея та фрактальна сантехніка. Конструкція теплоносія. Охолодження в макроскопічному об'ємі.

11.6. Електромеханічні пристрої Проведення шляхів

Ізоляційні шари та тунельні контакти. Модульні тунельні з'єднання. Електростатичні виконавчі пристрої. Електростатичні двигуни.

11.7. Двигуни та генератори постійного струму

Носії заряду та щільність заряду. Електродний зарядний механізм. Потужність та потужність двигуна. Розсіювання енергії та ефективність. Запуск двигуна. Регулювання швидкості.

11.8. Висновки


Глава 12. Наномеханічні обчислювальні системи

12.1. Огляд

12.2. Цифрова передача сигналу з механічними стрижнями

Електронні аналогії. Швидкість поширення сигналу.

12.3. Вентилі та логічні стрижні

Електронні аналогії. Компоненти та загальна кінематика. Обмежена модель континууму. Динаміка та дисипація енергії в мобільних стержнях. Динаміка та розподіл енергії в заблокованих стержнях. Коливання енергії, що зберігається. Тепловий збудження та частота помилок. Короткі зауваження на основі зразкових обчислень.

12.4. Реєстри

Кінематика ефективного класу реєстру. Розмір та упаковка пристрою. Оцінка енергії розсіювання. Коливання енергії, що зберігається.

12.5 Комбінаційна логіка та машини кінцевого стану

Кінцева державна машинна структура та кінематика. Терміни кінцевого стану та альтернативи. Вентилятори, вентилятори та геометричні питання. Поширення сигналу з акустичними лініями передачі.

12.6. Огляд інших пристроїв та підсистем

Ворота для комбінаційної логіки без PLA. Носіть ланцюжки. Оперативна пам'ять. Системи масового зберігання. Інтерфейси до систем макросів.

12.7. Системи центрального масштабу: синхронізація та блок живлення

Годинник на основі коливальних привідних стрижнів. Архітектура системи приводу процесора масштабу. Енергетичні потоки та годинник косою. Потреби в електроенергії. Енергозабезпечення та буферизація енергії.

12.8. Охолодження та обчислювальна потужність

12.9. Висновок


Глава 13. Молекулярне сортування, обробка та збірка

13.1. Огляд

13.2. Сортування та замовлення молекул

Модульовані рецептори для селективного транспорту. Каскади модульованих рецепторів. Замовлені вхідні потоки.

13.3. Трансформація та монтаж з молекулярними млинами

Реактивні зустрічі з використанням ременних та роликових систем. Механізми взаємодії. Реагент підготовки. Застосування реагенту. Розмір та масова оцінка. Коефіцієнти помилок та системи зупинки. Оцінки розсіювання енергії. Механохімічне виробництво електроенергії.

13.4. Операції зборки з використанням молекулярних маніпуляторів

Обмежений континуум для стильного маніпулятора. Самозмінюючі підказки та сумісні маніпулятори. Помилки та ступінь чутливості. Більші механізми маніпулятора.

13.5. Висновки


Глава 14. Молекулярні системи виробництва

14.1. Огляд

14.2. Операції зборки в проміжних масштабах

Входження в будівельні блоки. Проблеми надійності.

14.3. Архітектурні питання

Об'єднати частини для створення великих систем. Доставка продуктів до зовнішнього середовища. Надмірність, надійність та час життя системи.

14.4. Зразковий архітектура виробничої системи

Загальний підхід. Вироби, будівельні блоки та послідовності складання. Пропускна спроможність, затримки та внутрішні інвентаризації. Маса і об'єм. Термін служби системи. Матеріали сировини. Побічні продукти Видобуток та розпорошення енергії. Інформаційні вимоги. Виробництво виробничих систем.

14.5 Порівняння з традиційним виробництвом

Потреби сировини та енергії. Побічні продукти та утилізація. Внутрішні розміри компонентів і частоти. Продуктивність. Деякі реальні характеристики продукту. Витрати на виробництво.

14.6. Дизайн і складність

Частина підрахунків та автоматизація при проектуванні та обчисленні. Дизайн компонентів та малих систем. Автоматизоване виробництво синтезу та складання процедур. Мова опису форми та масиви частин. Компілятори. Відносні складності.

14.7. Висновки

ЧАСТИНА III СТРАТЕГІЇ ВПРОВАДЖЕННЯ  

Глава 15. Макромолекулярна інженерія

15.1. Огляд

15.2. Макромолекулярні об'єкти через біотехнології

Мотивація. ДНК, РНК і білок. Білковий складання: прогноз проти дизайну. Раціональний дизайн та еволюційні підходи. Матеріали та властивості пристрою.

15.3. Макромолекулярні об'єкти шляхом синтезу розчинів

Мотивація. Основні принципи проектування. Альтернативи стандартним білкам. Стратегії стабілізації конкретних складок. Наслідки для дизайну. Відхилення та застосування.

15.4 Макромолекулярні об'єкти через механізми синтезу

Мотивація. Геометрія та сили опорних масивів. Молекулярні підказки та опори в АСМ. Вкладення допоміжних молекул. Зображення з молекулярними підказками. Механічний синтез розчинення. Резюме.

15.5 Висновки


Глава 16. Шляхи до молекулярної промисловості

16.1. Огляд

16.2. Зворотній зв'язок для визначення стратегій

Перехід проти ланцюга зворотного зв'язку. Оцінка шляхів молекулярного виробництва. Огляд зворотного ланцюжка.

16.3. Менші, прості системи (етапи 3-4)

Макроскопічні системи через мікроскопічні системи. Акустична потужність та контроль. Простіші маніпулятори. Інертне внутрішнє середовище. Сортування та замовлення молекул. Мінімальні системи алмазоідних матеріалів.

16.4. М'якіші, менші системи розв'язку (стадії 2-3)

Діамодиод за допомогою недіамазоїдних систем. Інертні середовища з систем на основі розчинників. Синтезовані розчином тиск-порогові виконавчі механізми. Менші механізми на основі рідин.

16.5 Час розробки: деякі міркування

Детермінанти часу розробки. Етап 1а: броунівський збірка середньомасштабних блоків. Етап 1б: Механосинтетичний збірка невеликих будівельних блоків. Етап 2: системи на основі рішень першого покоління. Етап 3: Інертні середовища, алмазодіодні матеріали.

16.6. Висновки


Додаток А. Методологічні проблеми теоретичної прикладної науки

A.1. Роль теоретичної прикладної науки

A.2. Основні проблеми

Встановлення верхньої та нижньої меж. Чи існують об'єктивні, фізичні обмеження продуктивності пристрою? Звичайно, ймовірності та можливості.

A.3. Наука, інженерія та теоретична прикладна наука

Наука та техніка. Інженерія і теоретична прикладна наука.

A.4. Питання в теоретичній прикладній науці

Технологічність виробу. Продуктивність продукту. Прямі експерименти. Точне моделювання. Фізична характеристика. Довіра, незважаючи на зменшення деталізації. Унікальні відповіді (і впевненість у "невпевненості"). Надійні міркування.

A.5. Ескіз деяких гносеологічних проблем

Філософія науки (тобто фізики). Філософія машинобудування. Філософія теоретичної прикладної науки.

A.6. Теоретична прикладна наука як інтелектуальні ліси

Ліси для молекулярного виробництва.

A.7. Висновки


Додаток Б. Схожі дослідження

B.1. Огляд

B.2. Як пов'язані поля були розділені

Наукові цілі та технологічні цілі. Зверху вниз або знизу вгору підходи. Безпосередні цілі та довгострокові перспективи.

B.3. Машинобудування та мікротехнології

B.4. Хімія

B.5. Молекулярна біологія

B.6. Білкова інженерія

B.7. Проксимальні зондові технології

B.8. Фейнманська розмова 1959 року

B.9. Висновки


Післямова

Символи, одиниці та константи

Словник термінів

Список літератури

Copyright © 1998 John Wiley & Sons, Inc.

Опублікувати цю сторінку на:

Контактна інформація