Fullereen on süsiniku molekulide rühm, mis tavaliselt moodustavad omamoodi süsinikutoru, neid kasutatakse eriti nanotehnoloogia jaoks. Järgmises artiklis saame teada kõike selle ja palju muu kohta.
Mis on fullereen ja milleks seda kasutatakse?
Niinimetatud fullereen, mida tuntakse ka kui "Buckminsterfullerene", koosneb tühjadest süsiniku molekulidest, mis moodustavad teatud tüüpi suletud puuri, mida nimetatakse "buckyballs" või teatud tüüpi silindriteks, mis on süsiniku nanotorud.
Fullereenid on tavaliselt teatud tüüpi konstruktsiooniga süsiniku molekulide klass, mis kasutab füüsilisi viise, näiteks kera või toru tüüpi. Nimetatud molekulidel võib samal viisil olla nii kuusnurkne kui ka viisnurkne kuju. Kuid mis on fullereen ja milleks see on mõeldud? Fullereenid on elementide klass, mis on kasulikud teatud tüüpi arvutirakendustes, eriti ehitusteadustes, mida nimetatakse nanotehnoloogiateks.
Fullereeni ajalugu
Fullereeni leidis 1985. aastal Rice'i ülikoolis viibides rühm inimesi nimega Richard Smalley, James Heath, Robert Curl, Sean O'Brien ja lõpuks Harold Kroto. Nimetatud esimene fullereen õnnestus avastada buckminsterfullereeni nime all, mida teaduslikult nimetatakse "C60", ja selle nimi avaldas austust Buckminster Fullerile. Robert Curl võitis 1996. aastal Nobeli preemia fullereenide avastamise eest.
Niinimetatud "Bucky-balli" avastamist on juhtinud aga uuringud teatud tüüpi uue materjaliklassi kohta, mis on kataloogitud fullereenidena või "buckminsterfullereenina", mis viitab väikseimale fullereenile. . Nagu me juba teame teatud süsiniku allotroopidest, mis piirduvad selliste mineraalsete elementidega nagu:
- Teemandid
- Grafiit
- Nanotorud
- Kivisüsi
- Amorfne süsinik
Niinimetatud "bucky-pallide" avastamine pikendas oluliselt süsiniku allotroope ja on saanud omamoodi kirgliku uurimistöö objektiks mikroelektromehaaniliste süsteemide valdkonnas, mida tuntakse akronüümi "MEMS" all, mis koosneb:
- Materjaliteadused
- Elektrooniline
- nanotehnoloogia
Erinevad uuringud on need, mis on näidanud, et fullereeni töö tüüp põhineb suuresti erinevatel teoreetilistel ja eksperimentaalsetel süsteemidel.
Fullereeni struktuur
Fullereenid on oma struktuurilt sarnased grafiidiga, mis koosneb teatud tüüpi kuusnurkselt ühendatud rõngastest, kuid sisaldavad viisnurkseid rõngaid või sageli ka seitsenurkseid rõngaid, mis takistavad lehtede tasasust.
Fullereenidel on sp2 ja sp3 hübriidsed süsinikuaatomid. Nendel molekulidel on elektronide suhtes väga kõrge afiinsusklass ja neid saab elektronide neelamiseks pööratavalt redutseerida.
Hoolimata asjaolust, et nimetatud molekuli moodustavad konjugeeritud süsinikutsüklid, ei ole elektronid sel juhul delokaliseeritud, mistõttu neil samadel molekulidel puudub superomaatsuse omadus. Samadel molekulidel on väga kõrge tõmbetugevuse klass ja need taastavad oma esialgse kuju pärast enam kui 3 atmosfäärirõhu allutamist.
Selle põhjuseks on nimetatud süsiniku allotroopi ainulaadsed omadused, mistõttu neil on kasutusklass. Suhtelisuse tõttu sünteesi lihtsuse suhtes nn Fullereen C60 See on jätkuvalt väga populaarne ja selle rakenduste kohta kõrgemal tasemel on tehtud palju uuringuid.
Fullereen C60 koosneb umbes 60 süsinikust umbes 60 tipus, mis moodustavad omamoodi sfäärilise struktuuri. See koosneb umbes 12 kuusnurksest rõngast, mis on tavaliselt üksteise kõrval. Nimetatud rõngaid konjugeeritakse kaksiksidemetega.
Kuusnurksete rõngaste CC-ühenduse pikkus on tavaliselt umbes 1,40 A° ja viisnurksete rõngaste puhul umbes 1,46 A°, kusjuures keskmine ristmiku pikkuse klass võrdub 1,44 A°
Fullereeni tüübid
Fullereenidel on palju erinevaid struktuurseid variatsioone ja need on 1985. aastal teinud suurepäraseid edusamme. Need, mida me kirjeldame, on mõned näited hästi toimivatest fullereenide tüüpidest:
Nanotorud või silindrilised fullereenid
Need on õõnsa kujuga, mille mõõtmed on äärmiselt minimaalsed. Süsinikust valmistatud nanotorud on üldiselt laiad ja nende pikkus võib ulatuda mõnest nanomeetrist mitme mm (millimeetrini). Nende üks ots on suletud ja teine avatud.
Elektroonikatööstus kasutab peamiselt süsinik-nanotorusid, teine valdkond on kosmosetehnoloogia, et oleks võimalik toota suure takistusega süsinikkaableid, mis on vajalikud kosmoseliftide ja kosmosesõidukite korpuste jaoks, paberpatareid.
Kimbud Buckyballs
See on minimaalne fullereen, mida looduses leidub. Selle väikseim liige on dodekaeeder ja kõige levinum koosneb C60-st, mis on jalgpallipalliga sarnane ikosaeeder, mis koosneb umbes 20 kuusnurgast ja 12 viisnurgast. Väikesel fullereenil on loodusliku esinemise seisukohalt suur tähtsus ja seda võib leida tahmast või isegi kivisöest.
Megatuubid
Nagu nimigi ütleb, on see Mega, mis tähendab suurt, neil on torud, mille läbimõõt on palju suurem kui nanotorude puhul. Megatorude seinu valmistatakse ette erineva paksusega. Nimetatud torutüüpe kasutatakse põhiliselt mitmesuguste erinevate mõõtmetega molekulide transportimiseks.
polümeerid
Neid nimetatakse makromolekulideks, mis on omavahel ühendatud kovalentsete keemiliste sidemetega. Niinimetatud polümeerid on sisuliselt valmistatud süsinikuahelatest. Kõrgel rõhul ja kõrgel temperatuuril moodustavad nad tavaliselt kahemõõtmelisi ja ka kolmemõõtmelisi polümeere.
Nano - sibul
See koosneb tahkest pallikujulisest sfäärilistest osakestest, mis põhinevad mitmel süsinikukihil.
"Pall ja kett" Dimers United
Need on kaks pallipalli, mida hoiab koos üks süsinikkett.
Fullereeni rõngad
Viimased fullereenitüübid, mida veel kirjeldada on, on fullereenirõngad, kuid nende kohta pole palju teavet, ainult et selle moodustab fullereeni rõngas või rõngas.
Fullereeni kasutusalad – rakendused
Nn "nanotehnoloogia" algusega on kogu maailmale esitletud erinevaid asju. Nn fullereenid on need, mis omandasid põhifookuse nanotehnoloogia vallas. Suurel kosmoseorganisatsioonil NASA-l õnnestus koostöös tunnustatud geokeemiku Lynn Beckeriga avastada looduslikult tekkivad fullereenid.
Materjaliteaduste ainulaadse keemia tõttu on suured teadlased suutnud avastada fullereenide erinevaid rakendusi, sealhulgas meditsiinilisi rakendusi, optilisi kiude ja ülijuhid.
antioksüdante
Fullereenid on suurepärased antioksüdantide tootjad. Seda tüüpi omadusi saab omistada paljudele neil esinevatele konjugeeritud kaksiksidemetele ja ka nimetatud molekulide teatud tüüpi väga suurele elektroonilisele afiinsusele, mis on tingitud molekulaarorbiidi energiast, mis on madal ja asustamata. Fullereenid võivad ahelradikaalidega reageerida juba ammu enne nende tarbimist.
Viirusevastased ained
Fullereenid on alati pälvinud tähelepanu oma tugevuse tõttu suurepäraste viirusevastaste ainetena. Võib-olla on selle välimus selles osas palju põnevam, mis võib olla tingitud selle võimest kõrvaldada inimese immuunpuudulikkuse viiruse (rahvapäraselt tuntud kui "HIV") replikatsioon ja selleks aitab see edasi lükata tuntud omandatud immuunpuudulikkuse sündroomi esinemist. selle akronüümi "AIDS" järgi.
On täheldatud, et dendrofellereen 1 ja selle derivaat 2, mis on trans-isomeer, on need, mis inhibeerivad HIV-viiruse proteaasiklassi ja takistavad seetõttu HIV 1 enda replikatsiooni.
Ravimi kohaletoimetamine ja geenide kohaletoimetamine
Ravimite manustamine muutub teatud tüüpi farmatseutilise ühendi transportimiseks toimekohta, geenide manustamine seisneb aga võõr-DNA viimises rakkudesse, et oleks võimalik ravimit toota. soovitud tüüpi toime.
Seetõttu on väga oluline neid molekule edastada ülima ohutuse ja tõhususega. Fullereenid on anorgaaniliste kandjate klass, neid molekulide klasse eelistatakse sageli, kuna neil on suurepärane ühilduvus, sealhulgas suurem selektiivsus, nad säilitavad bioloogilise aktiivsuse ja on võimalikult väikesed, et neid pikendada.
Fotosensibilisaatorid fotodünaamilises teraapias
Fotodünaamiline teraapia, mida tuntakse akronüümi "PDT" all, koosneb teraapiavormist, mis kasutab valgustundlikku ja mittetoksilist ühenditüüpi, seda siis, kui see asetatakse valguse kätte, siis kui see muutub mürgiseks. Seda kasutatakse pahaloomuliste või muutunud rakkude raviks. Nende ühendite klasside jaoks kasutatakse tavaliselt fullereene.
Kaitseprillides
Fullereenidel on piiratud optilised omadused. See viitab nende võimele vähendada sellele langeva valguse läbilaskvust. Seetõttu saab nimetatud molekule kasutada teatud tüüpi optiliste piirajatena, mida kasutatakse kaitseprillides või kaitse- ja sensorläätsedes.
Fullereeni omadused
Tutvustame, millised on Fullenero peamised omadused füüsilisel tasandil.
Füüsikalised omadused Fullereen C60
- Tihedus: See on 1,65 g cm-3
- Standardne moodustumise soojus: See on 9,08 kcal mol-1
- Murdumisnäitaja: See on 2,2 (600 nm)
- Keemispunkt: See on suurepärane 800 K juures
- Takistus: Umbes 1014 oomi m-1
- Auru tihedus: N / A
- Kristalli kuju: N / A
- Kuusnurkne kuupmeetri aururõhk: 5 x 10-6 torri toatemperatuuril: 8 x 10-4 torri 800 K juures
- Organoleptilised omadused: Sellel on õhupallitahma välimus: väga peeneks jaotatud must pulber
- Fulleriidid: Pruun/must pulber
- C60: tahke must
- Lõhn: Tualettruum
Fullereenid kosmoses
Nagu me juba ütlesime, moodustuvad fullereenid tavaliselt grafiidilehes "keeratuna" ja lisades selle kumeruse saavutamiseks mõningaid viisnurkseid osakesi. Kui leht on ainult omamoodi silindrina kokku rullitud, peavad need katma nurgad kumerate viisnurkadega poolkeradega. Mida saadakse süsiniknanotorust.
Teine artikkel, mida soovitatakse uurida, on Blaise Pascali kaastööd mis on sageli kasulikud selle elemendi protseduuride jaoks. Seda tüüpi materjalid erinevad tavaliselt fullereeni klassi materjalidest – lühidalt ümmargustest puuridest – ja seetõttu on neil väga erinevad omadused.