技術專題――納米機械原子堆積技術

讀前注意：

一，本設定為真實世界在研技術，歡迎技術人員前來較真。

二，可能與原作設定有所出入，但是本書內技術體系設定全部以此為基準。

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技術專題——納米機械原子堆積技術

以納米機械將需要的素材原子一個個堆積起來，在特製的培養槽中以類似生物培養的方式一點點堆積出需要的材質。

培養的工序：將原材料與作為培養核的晶體置入培養槽，在納米機械的作用下，將原材料的素材物質提取出來，以原子的形式堆積到目標物質的表面，慢慢堆積出需要的物質。（單從外觀上看，有點類似電解銅）

納米機械作為堆積物質的主要工具，一般都以下四個技術難點：

1.首先不能腐蝕包括容器在內的其他物質，否則輕則使成品受到污染導致質量下降，重則因為容器破壞而引發安全事故。通常的對策是使用只搬運一種原子的納米機械（根據需要選擇其中的一種或幾種），並且只通過特定的化合結構提取素材原子的納米機械。

2.其次，納米機械必須能識別搬運位置的表面，並根據表面原子堆積的情況將素材原子放置到合適的位置，或者根據此提取需要的物質。通常的對策是採用化學吸盤（詳見後述）。

3.最後，培養槽中容器、原料、成品、培養液和納米機械的化學成分不能相互反應，否則會出現不穩定狀況（最壞的結果就是容器泄漏）。通常的對策是採用原材料預處理，並使用不同的容器、培養液和納米機械配套，以適應不同物質的培養需要，而且，在培養前必須在實驗室內進行試驗，確認安全方可投入使用。

一般的講，納米機械由碳基、氮基或矽基高聚物構成。標準的原子堆積納米機械，由以下幾個結構組成：

1.骨架：整個納米機械的基本框架，由高分子聚合物構成，其化學結構內搭載了工作程序，因為原子堆積的運行流程是一樣的，所以同一種用途的納米機械骨架的構成基本是一致的。

2.能量物質處理部分：負責從培養液中吸附能源物質——通常用三磷酸腺苷（ATP）或者二磷酸腺苷（ADP）——並在滿足條件后將之分解並放出能量。當然，也有一種納米機械專門負責捕獲能源物質的二次產物，並在吸收特定光譜的光之後將之重新合成能源物質，以此循環利用。

3.化學吸盤：負責在特定原子排布的表面吸附。藉由化學基與不同原子的親和力差異，以不同的化學基在骨架上的特定排列來達成在特定表面的特定位置上吸附的效果。

4.物質提取－釋放部分：基本原理與化學吸盤類似，不過不同的地方在於，物質提取－釋放可以藉由從能量物質處理部分分解能源物質所得到的能量，將素材原子從目標表面「奪」過來或者將素材原子注入目標位置。一般來講，物質的提取和釋放過程是「單向」的，也就是說，物質提取部分只能進行物質提取工作，而不能釋放物質，反之亦然。

納米機械原子堆積的工作程序（搭載於骨架部分，納米機械的運動由液體循環泵解決）：

第一步，空載（既沒有攜帶能源物質分子，也沒有攜帶素材原子）的納米機械，從培養液中吸附一個能源物質分子（以下以ATP為例），此時化學吸盤、物質提取與釋放部分均無活性。

第二步，吸附ATP的納米機械，在ATP已吸附與未攜帶素材原子兩個條件下，提取部分的化學吸盤活性化，藉此附着到素材物質表面。

第三步，分解ATP，並藉由這個能量從素材物質奪取一個素材原子，此時提取部分的化學吸盤失去活性，納米機械從素材物質上脫落。

第四步，攜帶素材原子，並且失去ATP的納米機械，再度從液體中吸附一個ATP分子。

第五步，吸附ATP，並攜帶着素材原子的納米機械，釋放部分的化學吸盤活性化，並引導其吸附到目標物質表面的原子空位。

第六步，分解ATP，納米機械將攜帶的素材原子注入目標位置，恢復空載狀態，釋放部分的化學吸盤失去活性，納米機械從素材物質上脫落。（此後過程重複第一步）

後續處理（本段紅字加粗）：為了防止納米機械或相關活性物質流入自然引發生態事故，納米機械的培養槽必須嚴防泄漏，投入的納米機械必須經過專門檢測，確認合格後方可投入使用，出廠的成品亦必須進行生化武器污染級別的嚴格洗消，其廢水必須經過專用沉澱劑和消毒劑處理，完全破壞其中的納米機械，經檢測合格方能排放。

優點：第一，納米機械可以自動根據引導物質表面原子的堆積情況，將素材原子放置到合適的晶格位置，因此極少出現夾砂、氣孔等質量缺陷；第二，能量利用率高，設備維護成本相對較低。

缺點：第一，納米機械堆積如同長指甲，堆積速度較為緩慢；第二，對投入培養槽的原料要求較高，一般都需要經過初步加工，如果要更換需要培養的物質，必須添加新的納米機械，操作往往比較困難，因此不適合小量材料的加工。第三，因為是類似生長的培養方法，成品就是一整塊的物質塊，尚需後續加工，尤其是高性能或者比較脆弱的材質，後續加工往往會比較困難。

適用範圍：高價值、難加工材料的大量生產。