Fullereeni on ryhmä hiilimolekyylejä, jotka muodostavat yleensä eräänlaisen hiiliputken, joita käytetään erityisesti nanoteknologiassa. Seuraavassa artikkelissa tiedämme kaiken tästä ja paljon muuta.
Mitä Fullerene on ja mihin sitä käytetään?
Ns. Fullereeni, joka tunnetaan myös nimellä "Buckminsterfullerene", koostuu sarjasta tyhjiä hiilimolekyylejä, jotka muodostavat eräänlaisen suljetun häkin, jota kutsutaan "buckyballiksi" tai eräänlaisen sylinterin, jotka ovat hiilinanoputkia.
Fullereenit ovat yleensä hiilimolekyylien luokka, jolla on tietynlainen rakenne, joka käyttää fyysisiä tapoja, kuten pallon tai putken tyyppiä. Mainituilla molekyyleillä voi samalla tavalla olla muotoja, kuten kuusikulmainen ja myös viisikulmainen. Mutta mitä fullereeni on ja mihin se on tarkoitettu? Fullereenit ovat luokka elementtejä, jotka ovat hyödyllisiä tietyntyyppisissä laskentasovelluksissa, erityisesti rakennustieteissä, joita kutsutaan nanoteknologiaksi.
Fullereenin historia
Fullerenen löysi vuonna 1985 ryhmä ihmisiä nimeltä Richard Smalley, James Heath, Robert Curl, Sean O'Brien ja lopulta Harold Kroto ollessaan Ricen yliopistossa. Sanoi, että ensimmäinen fullereeni löydettiin buckminsterfullereenin nimestä, jota tieteellisesti kutsutaan "C60", ja sen nimi kunnioitti Buckminster Fulleria. Robert Curl voitti Nobel-palkinnon fullereenien löytämisestä vuonna 1996.
Niin kutsutun "Bucky-pallon" löytämistä on kuitenkin johtanut tutkimus eräänlaisesta uudesta materiaaliluokasta, jotka on luetteloitu fullereeneiksi tai "buckminsterfullereeniksi", joka viittaa pienimpään fullereeniin. . Kuten tiedämme jo tietyistä hiilen allotroopeista, jotka rajoittuvat mineraalielementteihin, kuten:
- ruutu
- Grafiitti
- Nanoputket
- kivihiili
- Amorfinen hiili
Niin sanottujen "bucky-pallojen" löytö pitki merkittävästi hiilen allotrooppeja ja siitä on tullut eräänlainen intohimoisen tutkimuksen aihe mikroelektromekaanisten järjestelmien alalla, joka tunnetaan lyhenteellä "MEMS", joka koostuu:
- Materiaalitieteet
- Elektroninen
- nanoteknologia
Erilaiset tutkimukset ovat paljastaneet, että fullereenin työtyyppi perustuu suurelta osin erilaisiin teoreettisiin ja kokeellisiin järjestelmiin.
Fullereenirakenne
Fullereenit ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin grafiitti, joka muodostuu eräänlaisesta kuusikulmiorenkaiden levystä, mutta niissä on viisikulmaisia renkaita tai useissa tapauksissa seitsemänkulmaisia, jotka estävät levyjä olemasta litteitä.
Fullereeneissä on sp2- ja sp3-hybridihiiliatomeja. Näillä molekyyleillä on erittäin korkea affiniteettiluokka elektroneja kohtaan, ja ne voidaan reversiibelisti pelkistää elektronien absorboimiseksi.
Huolimatta siitä, että mainitun molekyylin muodostavat hiilirenkaat, jotka on konjugoitu, elektronit eivät tässä tapauksessa ole siirretty, minkä vuoksi nämä samat molekyylit ovat niitä, joilta puuttuu superomaattisuus. Samoilla molekyyleillä on erittäin korkea vetolujuus, ja ne palautuvat alkuperäiseen muotoonsa yli 3 ilmakehän paineen alaisena.
Tämä johtuu mainitun hiilen allotroopin ainutlaatuisista ominaisuuksista, joten niillä on sovellusluokka. Suhteellisuusteorian vuoksi synteesin helppouden suhteen ns Fullereeni C60 Se on edelleen erittäin suosittu ja sen korkeamman tason sovelluksiin on tehty paljon tutkimusta.
Fullereeni C60 koostuu noin 60 hiilestä noin 60 kärjessä, jotka muodostavat eräänlaisen pallomaisen rakenteen. Tämä koostuu noin 12 renkaasta, jotka ovat kuusikulmaisia ja jotka ovat yleensä vierekkäin. Mainitut renkaat konjugoidaan kaksoissidoksilla.
CC-liitoksen pituus kuusikulmaisille renkaille on tyypillisesti noin 1,40 A° ja noin 1,46 A° viisikulmaisille renkaille, keskimääräisen liitoksen pituusluokan ollessa 1,44 A°
Fullereenityypit
Fullereeneillä on monenlaisia rakenteellisia muunnelmia, ja ne ovat edistyneet erinomaisesti vuonna 1985. Nämä, jotka aiomme kuvailla, ovat esimerkkejä hyvin toimivista fullereeneistä:
Nanoputket tai sylinterimäiset fullereenit
Näillä on ontto muoto, ja niiden mitat ovat erittäin minimoituja. Hiilestä valmistetut nanoputket ovat yleensä leveitä, ja niiden pituus voidaan erottaa muutamasta nanometristä useisiin millimetreihin. Niissä on toinen pää kiinni ja toinen auki.
Elektroniikkateollisuus käyttää pääasiassa hiilinanoputkia, toinen alue on avaruusteknologia, jotta pystytään valmistamaan avaruushisseihin ja avaruusalusten koteloihin tarvittavia korkearesistanssisia hiilikaapeleita, paperiakkuja.
Kimppuja Buckyballeja
Tämä on pienin luonnossa esiintyvä fullereeni. Tämän pienin osa on dodekaedri ja yleisin koostuu C60:sta, joka on jalkapalloa muistuttava ikosaedri, joka koostuu noin 20 kuusikulmiosta ja 12 viisikulmiosta. Pienellä fullereenilla on suuri merkitys luonnollisen esiintymisen kannalta, ja sitä löytyy noesta tai jopa hiilestä.
Megatubes
Kuten sen nimi osoittaa, tämä on Mega, joka tarkoittaa suuria, niissä on putket, jotka ovat halkaisijaltaan paljon suurempia kuin nanoputkien tapauksessa. Megaputkien seiniä valmistetaan eri paksuuksilla. Mainitun tyyppisiä putkia käytetään pohjimmiltaan useiden erikokoisten molekyylien kuljettamiseen.
polymeerit
Näitä kutsutaan makromolekyyleiksi, jotka on yhdistetty kovalenttisilla kemiallisilla sidoksilla. Niin sanotut polymeerit valmistetaan pääasiassa hiiliketjuista. Korkeassa paineessa ja korkeissa lämpötiloissa ne muodostavat yleensä kaksiulotteisia polymeerejä ja myös kolmiulotteisia.
Nano - sipuli
Tämä koostuu kiinteästä Buckyball-muodosta, jossa on pallomaisia hiukkasia, jotka perustuvat useisiin hiilikerroksiin.
"Pallo ja ketju" Dimers United
Nämä ovat kaksi palloa, joita yksi hiiliketju pitää yhdessä.
Fullereenisormukset
Viimeinen kuvattavana oleva fullereenityyppi ovat Fullereenirenkaat, mutta niistä ei ole paljon tietoa, vain sen, että se muodostuu fullereenipallojen renkaasta tai renkaasta.
Fullereenin käyttötarkoitukset – Sovellukset
Niin kutsutun "nanoteknologian" alun myötä koko maailmalle on esitelty monenlaisia asioita. Ns. fullereenit ovat niitä, jotka saivat pääpainon nanoteknologian alalla. Suuri avaruusjärjestö NASA onnistui yhteistyössä maineikkaan geokemistin Lynn Beckerin kanssa löytämään luonnollisesti syntyvät fullereenit.
Materiaalitieteiden ainutlaatuisen kemian ansiosta suuret tutkijat ovat onnistuneet löytämään fullereenien erilaisia sovelluksia, joita ovat muun muassa lääketieteelliset sovellukset, optiset kuidut ja suprajohteet.
antioksidantit
Fullereenit ovat erinomaisia antioksidanttien tuottajia. Tällainen ominaisuus johtuu useista niillä olevista konjugoituneista kaksoissidoksista ja myös eräänlaisesta erittäin korkeasta sähköaffiniteetista mainituilla molekyyleillä, mikä johtuu molekyylikiertoradan energiasta. on matala ja tyhjä. Fullereenit voivat reagoida ketjuradikaalien kanssa kauan ennen kuin ne kuluvat.
Viruksenvastaiset aineet
Fullereenit ovat aina herättäneet huomiota, koska ne ovat vahvoja erinomaisina viruslääkkeinä. Ehkä sen ulkonäkö on tässä suhteessa paljon jännittävämpi, mikä saattaa johtua sen kyvystä eliminoida ihmisen immuunikatoviruksen, joka tunnetaan yleisesti nimellä "HIV", replikaatio, ja tätä varten se auttaa viivyttämään tunnetun hankitun immuunikato-oireyhtymän esiintymistä. lyhenteellä "AIDS".
On havaittu, että dendrofellereeni 1 ja sen johdannainen 2, joka on trans-isomeeri, ovat niitä, jotka estävät HIV-viruksen proteaasiluokkaa ja siten estävät itse HIV 1:n replikaation.
Lääkkeiden toimitus ja geenien toimitus
Lääkkeiden antamisesta tulee tietyn tyyppisen farmaseuttisen yhdisteen kuljettaminen vaikutuskohtaan, kun taas geenien antaminen koostuu vieraan DNA:n viemisestä solujen sisään, jotta lääkettä voidaan tuottaa halutun tyyppinen vaikutus.
Siksi on erittäin tärkeää toimittaa nämä molekyylit äärimmäisen turvallisesti ja tehokkaasti. Fullereenit ovat epäorgaanisten kantaja-aineiden luokka, näitä molekyyliluokkia suositaan usein, koska ne ovat osoittaneet erinomaista yhteensopivuutta, mukaan lukien korkeampi selektiivisyys, ne säilyttävät biologisen aktiivisuuden ja ovat mahdollisimman pieniä pidennettäväksi.
Valoherkistävät aineet fotodynaamisessa terapiassa
Fotodynaaminen hoito, joka tunnetaan lyhenteellä "PDT", koostuu terapiamuodosta, jossa käytetään valolle herkkää yhdistettä, joka ei ole myrkyllinen, kun se asetetaan valoon, sitten jos siitä tulee myrkyllistä. Sitä käytetään pahanlaatuisten tai muuttuneiden solujen hoitoon. Fullereeneja käytetään yleensä näissä yhdisteluokissa.
Suojalaseissa
Fullereeneillä on rajalliset optiset ominaisuudet. Tämä viittaa niiden kykyyn vähentää siihen putoavan valon läpäisyä. Mainittuja molekyylejä voidaan siksi käyttää eräänlaisena optisena rajoittimena, jota käytetään suojalaseissa tai suoja- ja anturilinsseissä.
Fullereenin ominaisuudet
Aiomme esitellä, mitkä ovat Fulleneron pääominaisuudet fyysisellä tasolla.
Fyysiset ominaisuudet fullereeni C60
- Tiheys: Se on 1,65 g cm-3
- Normaali muodostumislämpö: Se on 9,08 kcal mol-1
- Taitekerroin: Se on 2,2 (600 nm)
- Kiehumispiste: Se on ylellinen 800 K:ssa
- Resistanssi: Noin 1014 ohmia m-1
- Höyryn tiheys: N / A
- Kristallin muoto: N / A
- Kuusikulmainen kuutiohöyrynpaine: 5 x 10-6 torria huoneenlämmössä: 8 x 10-4 torria 800 K lämpötilassa
- Aistinvaraiset ominaisuudet: Se on ilmapallon näköinen: erittäin hienojakoinen musta jauhe
- Fulleriitit: Ruskea/musta jauhe
- C60: kiinteä musta
- Haju: WC
Fullereenit avaruudessa
Kuten olemme jo sanoneet, fullereenit muodostetaan yleensä "kierrettynä" grafiittilevyyn ja lisäämällä joitain viisikulmiohiukkasia sen kaarevuuden saavuttamiseksi. Jos arkki rullataan vain eräänlaisena sylinterinä, niiden kulmat on peitettävä kaarevilla puolipalloilla, joissa on viisikulmio. Mitä saadaan hiilinanoputki.
Toinen artikkeli, jota suositellaan tutkimaan, ovat Blaise Pascalin panokset jotka ovat usein hyödyllisiä tämän elementin toimenpiteissä. Tämän tyyppiset materiaalit ovat yleensä hyvin erilaisia kuin fullereeniluokan materiaalit – tyyppi, lyhyesti sanottuna, pyöreähäkki, ja siksi niillä on hyvin erilaisia ominaisuuksia.