Το φουλερένιο είναι μια ομάδα μορίων άνθρακα που συνήθως σχηματίζουν ένα είδος σωλήνων άνθρακα, που χρησιμοποιούνται ειδικά για τη νανοτεχνολογία. Στο επόμενο άρθρο θα μάθουμε τα πάντα για αυτό και πολλά άλλα.
Τι είναι το Fullerene και ποιες οι χρήσεις του;
Το λεγόμενο Fullerene, το οποίο είναι επίσης γνωστό ως "Buckminsterfullerene", αποτελείται από μια σειρά κενών μορίων άνθρακα που σχηματίζουν ένα είδος κλειστού κλωβού που ονομάζεται "buckyballs" ή ένα είδος κυλίνδρου που είναι νανοσωλήνες άνθρακα.
Τα φουλερένια είναι συνήθως μια κατηγορία μορίων άνθρακα με ένα συγκεκριμένο είδος κατασκευής που χρησιμοποιεί φυσικούς τρόπους όπως ένας τύπος σφαίρας ή σωλήνας. Τα εν λόγω μόρια με τον ίδιο τρόπο μπορούν να έχουν σχήματα όπως εξαγωνικά και επίσης πενταγωνικά. Ωστόσο, τι είναι το φουλερένιο και σε τι χρησιμεύει; Τα φουλερένια είναι μια κατηγορία στοιχείων χρήσιμων σε ορισμένους τύπους υπολογιστικών εφαρμογών, ειδικά στις κτιριακές επιστήμες που ονομάζονται νανοτεχνολογίες.
Ιστορία Φουλερέν
Ένα Fullerene βρέθηκε το 1985 από μια ομάδα ανθρώπων που ονομάζονταν Richard Smalley, James Heath, Robert Curl, Sean O'Brien και τέλος Harold Kroto ενώ ήταν στο Πανεπιστήμιο Rice. Το εν λόγω πρώτο φουλερένιο κατάφερε να ανακαλυφθεί στο όνομα του buckminsterfullerene που ονομάζεται επιστημονικά "C60" και το όνομά του απέτισε φόρο τιμής στον Buckminster Fuller. Ο Robert Curl ήταν το άτομο που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη των φουλερενίων το 1996.
Ωστόσο, η ανακάλυψη του λεγόμενου "Bucky-ball" οδήγησε στην έρευνα σε ένα είδος νέας κατηγορίας υλικών που έχουν καταλογιστεί ως φουλερένια ή ως "buckminsterfullerene" που είναι αυτό που αναφέρεται στο μικρότερο φουλερένιο. . Όπως γνωρίζουμε ήδη από ορισμένα αλλότροπα του άνθρακα, τα οποία περιορίζονται σε ορυκτά στοιχεία όπως:
- Διαμάντια
- Γραφίτης
- Νανοσωλήνες
- Άνθρακας
- Άμορφος άνθρακας
Η ανακάλυψη των λεγόμενων «bucky-balls» ήταν αυτό που επιμήκυνε σημαντικά τα αλλότροπα άνθρακα και έχει γίνει αντικείμενο ενός είδους παθιασμένης έρευνας στον τομέα των μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων που είναι γνωστό με το ακρωνύμιο «MEMS», που αποτελείται από:
- Επιστήμες Υλικών
- Το ηλεκτρονικό
- νανοτεχνολογίας
Οι διάφορες μελέτες είναι αυτές που έχουν αποκαλύψει ότι ο τύπος εργασίας του φουλερενίου είναι αυτός που βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στα διάφορα θεωρητικά και πειραματικά συστήματα.
Δομή Φουλερενίου
Τα φουλερένια είναι παρόμοια στη δομή τους με τον γραφίτη, ο οποίος αποτελείται από ένα είδος φύλλου εξαγωνικά συνδεδεμένων δακτυλίων, ωστόσο, περιέχουν πενταγωνικούς δακτυλίους ή σε πολλές περιπτώσεις ως επταγωνικούς που εμποδίζουν τα φύλλα να είναι επίπεδα.
Τα φουλερένια έχουν υβριδικά άτομα άνθρακα sp2 και sp3. Αυτά τα μόρια έχουν μια πολύ υψηλή κατηγορία συγγένειας για τα ηλεκτρόνια και είναι εκείνα που μπορούν να αναχθούν αναστρέψιμα για να απορροφήσουν ηλεκτρόνια.
Παρά το γεγονός ότι το εν λόγω μόριο κατασκευάζεται από τους δακτυλίους άνθρακα που έχουν συζευχθεί, τα ηλεκτρόνια σε αυτήν την περίπτωση δεν αποεντοπίζονται, για τα οποία αυτά τα ίδια μόρια είναι εκείνα που δεν έχουν την ιδιότητα της υπερσωματικότητας. Τα ίδια μόρια φιλοξενούν μια κατηγορία πολύ υψηλής αντοχής σε εφελκυσμό και είναι αυτά που ανακτούν το αρχικό τους σχήμα αφού υποβληθούν σε περισσότερες από 3 ατμοσφαιρικές πιέσεις.
Αυτό λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του εν λόγω αλλοτροπικού άνθρακα, επομένως έχουν μια κατηγορία εφαρμογών. Λόγω της σχετικότητας προς την ευκολία της σύνθεσης, το λεγόμενο Φουλερένιο C60 Συνεχίζει να είναι πολύ δημοφιλές και έχει γίνει μεγάλη έρευνα για τις εφαρμογές του σε υψηλότερο επίπεδο.
Το φουλερένιο C60 αποτελείται από περίπου 60 άνθρακες σε περίπου 60 κορυφές που είναι αυτές που σχηματίζουν ένα είδος σφαιρικής δομής. Αυτό αποτελείται από περίπου 12 δακτυλίους που είναι εξαγωνικοί που είναι συνήθως δίπλα ο ένας στον άλλο. Οι εν λόγω δακτύλιοι συζεύγνυνται με διπλούς δεσμούς.
Το μήκος σύνδεσης CC για εξαγωνικούς δακτυλίους είναι συνήθως περίπου 1,40 A° και περίπου 1,46 A° για πενταγωνικούς δακτυλίους, με μέση κατηγορία μήκους σύνδεσης ίση με 1,44 A°
Τύποι φουλερενίου
Τα φουλερένια έχουν πολλά είδη δομικών παραλλαγών και έχουν σημειώσει εξαιρετική πρόοδο το 1985. Αυτά που θα περιγράψουμε είναι μερικά παραδείγματα των τύπων φουλερενίων που λειτουργούν καλά:
Νανοσωλήνες ή κυλινδρικά φουλερένια
Αυτά έχουν κοίλο σχήμα, με διαστάσεις εξαιρετικά ελαχιστοποιημένες. Οι νανοσωλήνες που βρέθηκαν να είναι κατασκευασμένοι από άνθρακα είναι γενικά φαρδιοί και μπορούν να διαφοροποιηθούν από μερικά νανόμετρα έως πολλά mm (χιλιοστά) σε μήκος. Έχουν ένα κλειστό άκρο και ένα ανοιχτό άκρο.
Η βιομηχανία ηλεκτρονικών είναι αυτή που χρησιμοποιεί κυρίως νανοσωλήνες άνθρακα, ένας άλλος τομέας είναι η διαστημική τεχνολογία για να μπορέσει να παράγει τα καλώδια άνθρακα υψηλής αντίστασης που είναι απαραίτητα για διαστημικούς ανελκυστήρες και για θήκες διαστημικών σκαφών.χάρτινες μπαταρίες.
Ματσάκια Buckyballs
Αυτό είναι το ελάχιστο φουλερένιο που βρίσκεται στη φύση. Το μικρότερο μέλος αυτού είναι το δωδεκάεδρο και το πιο κοινό αποτελείται από το C60 που είναι το εικοσάεδρο που μοιάζει με μπάλα ποδοσφαίρου, που αποτελείται από περίπου 20 εξάγωνα και 12 πεντάγωνα. Το μικρό φουλερένιο έχει μεγάλη σημασία από άποψη φυσικής εμφάνισης και μπορεί να βρεθεί στην αιθάλη ή ακόμα και στον άνθρακα.
Οι Megatubes
Όπως υποδηλώνει το όνομά του, αυτό είναι το Mega, που σημαίνει Μεγάλος, έχουν σωλήνες που έχουν πολύ μεγαλύτερη διάμετρο από ό,τι στην περίπτωση των νανοσωλήνων. Τα τοιχώματα των μεγασωλήνων προετοιμάζονται με διαφορετικά πάχη. Τα εν λόγω είδη σωλήνων χρησιμοποιούνται βασικά στη μεταφορά μιας ποικιλίας μορίων διαφορετικών διαστάσεων.
πολυμερή
Αυτά ονομάζονται μακρομόρια που συνδέονται με ομοιοπολικούς χημικούς δεσμούς. Τα λεγόμενα πολυμερή παράγονται ουσιαστικά από αλυσίδες άνθρακα. Υπό υψηλή πίεση και σε υψηλές θερμοκρασίες σχηματίζουν συνήθως δισδιάστατα πολυμερή και επίσης τρισδιάστατα.
Το Nano – Κρεμμύδι
Αυτό αποτελείται από ένα συμπαγές σχήμα Buckyball, με σφαιρικά σωματίδια που βασίζονται σε πολλαπλά στρώματα άνθρακα.
Οι «Ball and Chain» Dimers United
Αυτές είναι δύο μπάλες από buckyballs που συγκρατούνται μεταξύ τους με μια ενιαία αλυσίδα άνθρακα.
Τα δαχτυλίδια Fullerene
Ο τελευταίος τύπος φουλερενίου που μένει να περιγραφεί είναι τα δαχτυλίδια Fullerene, ωστόσο, δεν υπάρχουν πολλές πληροφορίες για αυτούς, μόνο ότι σχηματίζεται από ένα δαχτυλίδι ή δαχτυλίδι από buckyballs φουλερενίου.
Χρήσεις Φουλερενίου – Εφαρμογές
Με την έναρξη της λεγόμενης «Νανοτεχνολογίας» έχουν παρουσιαστεί διάφορα πράγματα σε όλο τον κόσμο. Τα λεγόμενα Fullerenes είναι αυτά που απέκτησαν την κύρια εστίαση στον τομέα της νανοτεχνολογίας. Ο μεγάλος διαστημικός οργανισμός που ονομάζεται NASA, σε συνεργασία με τη διάσημη γεωχημική Lynn Becker, κατάφερε να ανακαλύψει τα φουλερένια που δημιουργούνται φυσικά.
Λόγω της μοναδικής χημείας στις επιστήμες των υλικών, μεγάλοι ερευνητές μπόρεσαν να ανακαλύψουν τις διάφορες εφαρμογές των φουλερενίων, οι οποίες περιλαμβάνουν ιατρικές εφαρμογές, οπτικές ίνες και υπεραγωγοί.
Αντιοξειδωτικά
Τα φουλερένια είναι εξαιρετικοί παραγωγοί αντιοξειδωτικών, αυτού του είδους η ιδιότητα μπορεί να αποδοθεί σε έναν αριθμό συζευγμένων διπλών δεσμών που έχουν και επίσης σε ένα είδος πολύ υψηλής ηλεκτρονικής συγγένειας των εν λόγω μορίων, λόγω της ενέργειας της μοριακής τροχιάς που είναι χαμηλό και ανεκμετάλλευτο. Τα φουλερένια μπορούν να αντιδράσουν με τις ρίζες της αλυσίδας πολύ πριν καταναλωθούν.
Αντιιικοί παράγοντες
Τα φουλερένια πάντα τραβούσαν την προσοχή λόγω της ισχύος τους ως εξαιρετικοί αντιιικοί παράγοντες. Ίσως η εμφάνισή του να είναι πολύ πιο συναρπαστική, από αυτή την άποψη, η οποία μπορεί να οφείλεται στην ικανότητά του να εξαλείφει την αναπαραγωγή του ιού της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας, ευρέως γνωστό ως "HIV", και για αυτό βοηθά στην καθυστέρηση της παρουσίας του συνδρόμου επίκτητης ανοσοανεπάρκειας. με το ακρωνύμιο «AIDS».
Έχει παρατηρηθεί ότι το δενδροφελερένιο 1 και το παράγωγό του 2, που είναι το trans ισομερές, είναι αυτά που αναστέλλουν την κατηγορία πρωτεάσης του ιού HIV και, ως εκ τούτου, εμποδίζουν την αναπαραγωγή του ίδιου του HIV 1.
Παράδοση φαρμάκων και γονιδιακή παράδοση
Η χορήγηση φαρμάκων γίνεται η μεταφορά ενός τύπου φαρμακευτικής ένωσης στη θέση δράσης, ενώ η χορήγηση γονιδίων συνίσταται στην εισαγωγή ξένου DNA μέσα στα κύτταρα προκειμένου να είναι σε θέση να παράγει το φάρμακο, επιθυμητό είδος αποτελέσματος.
Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να παρέχονται αυτά τα μόρια με τη μέγιστη ασφάλεια και αποτελεσματικότητα. Τα φουλερένια είναι μια κατηγορία ανόργανων φορέων, αυτές οι κατηγορίες μορίων συχνά ευνοούνται επειδή έχουν δείξει εξαιρετική συμβατότητα, συμπεριλαμβανομένης της υψηλότερης εκλεκτικότητας, διατηρούν τη βιολογική δραστηριότητα και είναι όσο το δυνατόν μικρότερα για να επεκταθούν.
Φωτοευαισθητοποιητές στη Φωτοδυναμική Θεραπεία
Η φωτοδυναμική θεραπεία γνωστή με το ακρωνύμιο "PDT" αποτελείται από τη μορφή θεραπείας που χρησιμοποιεί έναν τύπο ένωσης που είναι ευαίσθητος στο φως και δεν είναι τοξικός, όταν τοποθετείται στο φως, στη συνέχεια, εάν γίνει τοξική. Χρησιμοποιείται για τη θεραπεία κακοήθων ή αλλοιωμένων κυττάρων. Τα φουλερένια χρησιμοποιούνται γενικά για αυτές τις κατηγορίες ενώσεων.
Στα γυαλιά ασφαλείας
Τα φουλερένια έχουν περιορισμένες οπτικές ιδιότητες. Αυτό αναφέρεται στην ικανότητά τους να μειώνουν τη μετάδοση του φωτός που πέφτει πάνω του. Τα εν λόγω μόρια μπορούν, επομένως, να χρησιμοποιηθούν ως ένα είδος οπτικού περιοριστή που χρησιμοποιείται σε γυαλιά ή προστατευτικούς φακούς και αισθητήρες.
Ιδιότητες φουλερενίου
Θα παρουσιάσουμε ποιες είναι οι κύριες ιδιότητες του Fullenero σε φυσικό επίπεδο.
Φυσικές Ιδιότητες του φουλερένιο C60
- Η πυκνότητα: Είναι 1,65 g cm-3
- Η τυπική θερμότητα σχηματισμού: Είναι 9,08 kcal mol-1
- Δείκτης διάθλασης: Είναι 2,2 (600nm)
- Σημείο βρασμού: Είναι Sublime στους 800 K
- Αντίσταση: Περίπου 1014 ohms m-1
- Πυκνότητα ατμών: N / A
- Κρυστάλλινο σχήμα: N / A
- Εξαγωνική κυβική πίεση ατμών: 5 x 10-6 torr σε θερμοκρασία δωματίου : 8 x 10-4 χειμαρρώδη στους 800 K
- Οργανοληπτικές ιδιότητες: Έχει την εμφάνιση αιθάλης μπαλονιού: πολύ λεπτή μαύρη σκόνη
- Οι Φουλερίτες: Μια καφέ/μαύρη σκόνη
- C60: συμπαγές μαύρο
- Η μυρωδιά: Τουαλέτα
Φουλερένια στο Διάστημα
Όπως έχουμε ήδη πει, τα φουλλερένια συνήθως σχηματίζονται «κουλουριασμένα» σε ένα φύλλο γραφίτη και προσθέτοντας μερικά σωματίδια πενταγώνων για να επιτευχθεί η καμπυλότητά του. Εάν το φύλλο τυλίγεται μόνο ως ένα είδος κυλίνδρου, τότε πρέπει να καλύψουν τις γωνίες με κυρτά ημισφαίρια με πεντάγωνα. Τι θα ληφθεί ένας νανοσωλήνας άνθρακα.
Ένα άλλο άρθρο που συνιστάται να μελετήσετε είναι το Συνεισφορές του Blaise Pascal που είναι συχνά χρήσιμα για τις διαδικασίες αυτού του στοιχείου. Αυτοί οι τύποι υλικών είναι συνήθως πολύ διαφορετικοί από τα υλικά της κατηγορίας φουλλερενίου – τύπου, εν ολίγοις, από τα στρογγυλά κλουβιά και επομένως έχουν πολύ διαφορετικές ιδιότητες.