A fullerén olyan szénmolekulák csoportja, amelyek általában egyfajta széncsövet alkotnak, ezeket különösen a nanotechnológiában használják. A következő cikkben mindent megtudunk erről és még sok másról.
Mi az a fullerén és mire használható?
Az úgynevezett fullerén, amelyet „Buckminsterfullerene” néven is ismernek, üres szénmolekulák sorozatából áll, amelyek egyfajta zárt ketrecet, úgynevezett „buckyballs”-t vagy egyfajta hengert alkotnak, amelyek szén nanocsövek.
A fullerének általában a szénmolekulák egy osztályát jelentik, amelyek bizonyos típusú felépítése fizikai módszereket, például gömb- vagy csőtípust alkalmaz. Az említett molekulák ugyanígy lehetnek hatszögletűek és ötszögűek is. De mi is az a fullerén és mire való? A fullerének bizonyos típusú számítástechnikai alkalmazásokban hasznos elemek, különösen az építőtudományban, az úgynevezett nanotechnológiában.
Fullerén története
A Fullerént 1985-ben találta meg egy Richard Smalley, James Heath, Robert Curl, Sean O'Brien és végül Harold Kroto nevű embercsoport a Rice Egyetemen. Az első fullerént a tudományosan "C60-nak" nevezett buckminsterfullerén nevében sikerült felfedezni, és a neve Buckminster Fuller előtt tiszteleg. Robert Curl volt az a személy, aki 1996-ban Nobel-díjat kapott a fullerének felfedezéséért.
Az úgynevezett "Bucky-ball" felfedezését azonban az anyagok egyfajta új osztályának kutatása vezette, amelyeket fullerénekként vagy "buckminsterfullerénként" katalógusoztak, amely a legkisebb fullerénre utal. . Amint azt a szén bizonyos allotrópjairól már tudjuk, amelyek az ásványi elemekre korlátozódnak, mint például:
- gyémánt
- Grafit
- Nanocsövek
- szén
- Amorf szén
Az úgynevezett "bucky-golyók" felfedezése volt az, ami jelentősen megnyújtotta a szén allotrópokat, és egyfajta szenvedélyes kutatás tárgyává vált a "MEMS" mozaikszóval ismert mikroelektromechanikai rendszerek területén, amely a következőkből áll:
- Anyagtudományok
- Az elektronikus
- nanotechnológia
A különféle tanulmányok azok, amelyek feltárták, hogy a fullerén munkatípusa nagyrészt a különféle elméleti és kísérleti rendszereken alapul.
Fullerén szerkezet
A fullerének szerkezetükben hasonlítanak a grafithoz, amely egyfajta hatszögletű gyűrűk lapjából áll, azonban tartalmaznak ötszögletű gyűrűket vagy sokszor hétszögletűeket, amelyek megakadályozzák a lapok laposodását.
A fullerének sp2 és sp3 hibrid szénatomjaik vannak. Ezeknek a molekuláknak nagyon magas affinitása van az elektronokhoz, és ezek azok, amelyek reverzibilisen redukálhatók az elektronok elnyelésére.
Annak ellenére, hogy az említett molekulát a konjugált széngyűrűk állítják elő, az elektronok ebben az esetben nem delokalizálódnak, amihez ugyanezek a molekulák hiányoznak a szuperomatikus tulajdonságból. Ugyanezek a molekulák a nagyon nagy szakítószilárdság osztályába tartoznak, és azok, amelyek visszanyeri eredeti alakjukat több mint 3 légköri nyomásnak kitéve.
Ez a szén említett allotrópjának egyedi tulajdonságai miatt van így, ezért van egy alkalmazási osztályuk. A szintézis könnyűségéhez való relativitás miatt az ún Fullerén C60 Továbbra is nagyon népszerű, és számos kutatást végeztek magasabb szintű alkalmazásai érdekében.
A fullerén C60 körülbelül 60 szénatomból áll, körülbelül 60 csúcsban, amelyek egyfajta gömbszerkezetet alkotnak. Ez körülbelül 12 hatszögletű gyűrűből áll, amelyek általában egymás mellett helyezkednek el. Az említett gyűrűket kettős kötéssel konjugálják.
A CC átmenet hossza a hatszögletű gyűrűk esetében jellemzően körülbelül 1,40 A° és körülbelül 1,46 A° az ötszögletű gyűrűk esetében, az átmenet átlagos hosszosztálya pedig 1,44 A°.
A fullerén típusai
A fulleréneknek sokféle szerkezeti változata van, és 1985-ben kiváló fejlődést értek el. Ezek, amelyeket le fogunk írni, néhány példa a jól működő fullerének típusaira:
Nanocsövek vagy hengeres fullerének
Ezek üreges alakúak, méreteik rendkívül kicsik. A szénből készült nanocsövek általában szélesek, és hosszúságuk néhány nanométertől sok mm-ig (milliméterig) különböztethető meg. Egy zárt és egy nyitott végük van.
Az elektronikai ipar az, amelyik elsősorban szén nanocsöveket használ, másik terület az űrtechnológia, hogy az űrliftekhez és űrrepülőgépekhez szükséges nagy ellenállású szénkábeleket, papír akkumulátorokat lehessen gyártani.
Buckyball-csokrok
Ez a minimális fullerén a természetben. Ennek legkisebb tagja a dodekaéder, a legelterjedtebb pedig a C60, amely egy futballlabdához hasonló ikozaéder, amely körülbelül 20 hatszögből és 12 ötszögből áll. A kis fullerénnek a természetes előfordulása szempontjából nagy jelentősége van, megtalálható a koromban vagy akár a szénben is.
A Megatubes
Ahogy a neve is mutatja, ez a Mega, ami azt jelenti, hogy Large, jóval nagyobb átmérőjű csövek vannak, mint a nanocsövek esetében. A megacsövek falait különböző vastagsággal készítik elő. Az említett típusú csöveket alapvetően különféle, különböző méretű molekulák szállítására használják.
polimerek
Ezeket makromolekuláknak nevezzük, amelyeket kovalens kémiai kötések kötnek össze. Az úgynevezett polimereket alapvetően szénláncok állítják elő. Nagy nyomáson és magas hőmérsékleten általában kétdimenziós polimereket képeznek, de háromdimenziós polimereket is képeznek.
A Nano – Hagyma
Ez egy szilárd Buckyball alakú, gömb alakú részecskékkel, amelyek több szénrétegen alapulnak.
A „labda és lánc” Dimers United
Ez két buckyball-golyó, amelyeket egyetlen szénlánc tart össze.
A fullerén gyűrűk
Az utolsó ismertetésre váró fullerén típus a Fullerén gyűrűk, ezekről azonban nem sok információ áll rendelkezésre, csak annyi, hogy fullerén golyók gyűrűje vagy gyűrűje alkotja.
A fullerén felhasználási területei – Alkalmazások
Az úgynevezett "nanotechnológia" kezdetével különféle dolgokat mutattak be az egész világnak. Az úgynevezett fullerének azok, amelyek a nanotechnológia területén a fő hangsúlyt kapták. A NASA nevű nagyszerű űrszervezetnek a neves geokémikussal, Lynn Beckerrel együttműködve sikerült felfedeznie a természetes úton keletkező fulleréneket.
Az anyagtudományok egyedülálló kémiájának köszönhetően nagy kutatóknak sikerült felfedezniük a fullerének különféle alkalmazásait, amelyek magukban foglalják az orvosi alkalmazásokat, az optikai szálakat és szupravezetők.
antioxidánsok
A fullerének kiváló antioxidáns termelők, ez a fajta tulajdonság az, ami a bennük lévő számos konjugált kettős kötésnek tulajdonítható, valamint az említett molekulák egyfajta nagyon magas elektronaffinitásának, ez a molekulapálya energiája miatt. alacsony és lakatlan. A fullerének már jóval elfogyasztásuk előtt reakcióba léphetnek a láncgyökökkel.
Vírusellenes szerek
A fullerének kiváló vírusellenes erejük miatt mindig is felkeltették a figyelmet. Talán a megjelenése sokkal izgalmasabb ebből a szempontból, ami annak köszönhető, hogy képes kiküszöbölni a humán immunhiány vírus, közismertebb nevén "HIV" replikációját, és ehhez segít késleltetni az ismert szerzett immunhiányos szindróma jelenlétét. "AIDS" betűszóval.
Megfigyelték, hogy a dendrofellerén 1 és származéka 2, amely a transz-izomer, azok, amelyek gátolják a HIV-vírus proteázosztályát, és ezáltal megakadályozzák magának a HIV-1-nek a replikációját.
Gyógyszerszállítás és génbeszállítás
A gyógyszerek beadása egyfajta gyógyászati vegyületnek a hatás helyére történő szállításává válik, míg a gének beadása abból áll, hogy idegen DNS-t juttatnak be a sejtekbe annak érdekében, hogy a gyógyszer előállítható legyen. kívánt hatástípus.
Ezért nagyon fontos, hogy ezeket a molekulákat a lehető legnagyobb biztonsággal és hatékonysággal szállítsuk. A fullerének a szervetlen hordozók egy osztálya, ezeket a molekulaosztályokat gyakran kedvelik, mert kiváló kompatibilitást mutattak, beleértve a nagyobb szelektivitást, megőrzik biológiai aktivitásukat, és a lehető legkisebbek, hogy kiterjesszék őket.
Fényérzékenyítők a fotodinamikus terápiában
A „PDT” betűszóval ismert fotodinamikus terápia egy olyan terápiás formából áll, amely fényérzékeny és nem toxikus vegyületet alkalmaz, akkor, ha fénybe kerül, majd ha mérgezővé válik. Rosszindulatú vagy megváltozott sejtek kezelésére használják. Ezekhez a vegyületcsoportokhoz általában fulleréneket használnak.
Védőszemüvegben
A fullerének optikai tulajdonságai korlátozottak. Ez arra utal, hogy képesek csökkenteni a ráeső fény áteresztőképességét. Az említett molekulák ezért egyfajta optikai korlátozóként használhatók, amelyet védőszemüvegekben vagy védő- és érzékelőlencsékben használnak.
Fullerén tulajdonságai
Bemutatjuk, melyek a Fullenero fő tulajdonságai fizikai szinten.
Fizikai tulajdonságai fullerén C60
- A sűrűség: 1,65 g cm-3
- A szabványos képződéshő: 9,08 kcal mol-1
- Törésmutató: Ez 2,2 (600 nm)
- Forráspont: 800 K-en kiváló
- Ellenállás: Körülbelül 1014 ohm m-1
- Gőzsűrűség: N / A
- Kristály alak: N / A
- Hatszögletű köbös gőznyomás: 5 x 10-6 torr szobahőmérsékleten: 8 x 10-4 torr 800 K-en
- Érzékszervi tulajdonságok: Léggömbkoromnak tűnik: nagyon finom eloszlású fekete por
- Fulleriták: Barna/fekete por
- C60: tömör fekete
- A szag: WC
Fullerének az űrben
Amint már említettük, a fulleréneket általában egy grafitlapba "tekercselték" képezik, és néhány ötszög-részecskét adnak hozzá a görbület eléréséhez. Ha a lap csak egyfajta hengerként van feltekerve, akkor a sarkokat íves, ötszögű félgömbökkel kell lefedni. Mit kapunk egy szén nanocső.
Egy másik tanulmányozásra javasolt cikk a Blaise Pascal közreműködése amelyek gyakran hasznosak ennek az elemnek az eljárásaihoz. Az ilyen típusú anyagok általában nagyon különböznek a fullerén osztály anyagaitól – röviden a kerek ketrecek típusától, ezért nagyon eltérő tulajdonságaik vannak.