Fullerēns ir oglekļa molekulu grupa, kas parasti veido sava veida oglekļa cauruli, kuras īpaši izmanto nanotehnoloģijās. Nākamajā rakstā mēs uzzināsim visu par šo un daudz ko citu.
Kas ir fullerēns un kādi ir tā lietojumi?
Tā sauktais Fullerēns, kas pazīstams arī kā "Buckminsterfullerene", sastāv no tukšu oglekļa molekulu sērijas, kas veido sava veida slēgtu būru, ko sauc par "buckyballs" vai sava veida cilindru, kas ir oglekļa nanocaurules.
Fullerēni parasti ir oglekļa molekulu klase ar noteikta veida konstrukciju, kurā tiek izmantoti fiziski veidi, piemēram, sfēras vai caurules veids. Minētajām molekulām tādā pašā veidā var būt sešstūra un arī piecstūra formas. Tomēr, kas ir fullerēns un kam tas paredzēts? Fullerēni ir elementu klase, kas ir noderīga noteikta veida skaitļošanas lietojumos, īpaši būvzinātnēs, ko sauc par nanotehnoloģijām.
Fullerēna vēsture
Fullerēnu 1985. gadā atrada cilvēku grupa Ričards Smolijs, Džeimss Hīts, Roberts Kērls, Šons O'Braiens un visbeidzot Harolds Kroto, atrodoties Raisa universitātē. Minēto pirmo fullerēnu izdevās atklāt bakminsterfullerēna vārdā, ko zinātniski sauc par "C60", un tā nosaukums godināja Bakminsteru Fulleru. Roberts Kērls bija cilvēks, kurš 1996. gadā ieguva Nobela prēmiju par fullerēnu atklāšanu.
Tomēr tā sauktās "Bucky-ball" atklāšanas pamatā ir pētījumi par sava veida jaunu materiālu klasi, kas ir kataloģizēti kā fullerēni vai kā "bukminsterfullerēns", kas attiecas uz mazāko fullerēnu. . Kā mēs jau zinām no dažiem oglekļa allotropiem, kas attiecas tikai uz minerālu elementiem, piemēram:
- Dimanti
- Grafīts
- Nanocaurules
- Akmeņogles
- Amorfs ogleklis
Tā saukto "bucky-balls" atklāšana bija tas, kas ievērojami pagarināja oglekļa alotropus un ir kļuvis par sava veida kaislīgas izpētes objektu mikroelektromehānisko sistēmu jomā, kas pazīstama ar akronīmu "MEMS", kas sastāv no:
- Materiālzinātnes
- Elektroniskā
- nanotehnoloģijas
Dažādie pētījumi ir tie, kas atklājuši, ka fullerēna darbības veids lielā mērā ir balstīts uz dažādām teorētiskām un eksperimentālām sistēmām.
Fullerēna struktūra
Fullerēni pēc savas struktūras ir līdzīgi grafītam, kas sastāv no sava veida sešstūraini savienotu gredzenu loksnes, tomēr tie satur piecstūrveida gredzenus vai daudzos gadījumos kā septiņstūra formas, kas neļauj loksnēm būt plakanām.
Fullerēniem ir sp2 un sp3 hibrīda oglekļa atomi. Šīm molekulām ir ļoti augsta afinitātes klase pret elektroniem, un tās var atgriezeniski reducēt, lai absorbētu elektronus.
Neskatoties uz to, ka minēto molekulu veido konjugētie oglekļa gredzeni, elektroni šajā gadījumā netiek delokalizēti, jo šīm pašām molekulām trūkst superomatitātes īpašību. Tām pašām molekulām ir ļoti augstas stiepes izturības klase, un tās atgūst savu sākotnējo formu pēc vairāk nekā 3 atmosfēras spiediena.
Tas ir saistīts ar minētā oglekļa allotropa unikālajām īpašībām, tāpēc tiem ir pielietojuma klase. Relativitātes dēļ sintēzes vienkāršībai, t.s Fullerēns C60 Tas joprojām ir ļoti populārs, un ir veikts daudz pētījumu, lai to izmantotu augstākā līmenī.
Fullerēns C60 sastāv no aptuveni 60 oglekļa atomiem aptuveni 60 virsotnēs, kas veido sava veida sfērisku struktūru. To veido apmēram 12 sešstūra formas gredzeni, kas parasti atrodas blakus viens otram. Minētie gredzeni tiek konjugēti ar dubultsaitēm.
CC savienojuma garums sešstūra gredzeniem parasti ir aptuveni 1,40 A° un apmēram 1,46 A° piecstūra gredzeniem, un savienojuma vidējā garuma klase ir vienāda ar 1,44 A°.
Fullerēna veidi
Fullerēniem ir daudz dažādu strukturālu variāciju, un 1985. gadā tie ir guvuši lielisku progresu. Šie, ko mēs aprakstīsim, ir daži piemēri fullerēnu veidiem, kas darbojas labi:
Nanocaurules vai cilindriski fulerēni
Tiem ir doba forma, kuru izmēri ir ārkārtīgi samazināti. Nanocaurules, kas izgatavotas no oglekļa, parasti ir platas, un to garums var atšķirties no dažiem nanometriem līdz daudziem mm (milimetriem). Viņiem ir viens slēgts gals un viens atvērts gals.
Elektronikas rūpniecība galvenokārt izmanto oglekļa nanocaurules, cita joma ir kosmosa tehnoloģijas, lai varētu ražot augstas pretestības oglekļa kabeļus, kas nepieciešami kosmosa liftiem un kosmosa kuģu korpusiem, papīra akumulatoriem.
Buckyballs ķekari
Tas ir minimālais fullerēna daudzums, kas atrodams dabā. Tā mazākais elements ir dodekaedrs, un visizplatītākais sastāv no C60, kas ir futbola bumbai līdzīgs ikosaedrs, kas sastāv no aptuveni 20 sešstūriem un 12 piecstūriem. Mazajam fullerēnam ir liela nozīme dabiskās sastopamības ziņā, un to var atrast sodrējos vai pat oglēs.
Megatubes
Kā norāda nosaukums, šī ir Mega, kas nozīmē Liela, tām ir caurules, kuru diametrs ir daudz lielāks nekā nanocaurulēm. Megacauruļu sienas tiek gatavotas dažādos biezumos. Minētie cauruļu veidi pamatā tiek izmantoti dažādu dažādu izmēru molekulu transportēšanai.
polimēri
Tās sauc par makromolekulām, kuras savieno kovalentās ķīmiskās saites. Tā sauktos polimērus pamatā veido oglekļa ķēdes. Augstā spiedienā un augstā temperatūrā tie parasti veido divdimensiju polimērus un arī trīsdimensiju polimērus.
Nano - sīpols
Tas sastāv no cietas bumbiņas formas ar sfēriskām daļiņām, kuru pamatā ir vairāki oglekļa slāņi.
"Bumba un ķēde" Dimers United
Tās ir divas bumbiņu bumbiņas, kuras kopā satur viena oglekļa ķēde.
Fullerēna gredzeni
Pēdējais fulerēna veids, kas vēl jāapraksta, ir fulerēna gredzeni, taču par tiem nav daudz informācijas, tikai to, ka to veido fullerēna bumbiņu gredzens vai gredzens.
Fullerēna lietojumi – pielietojumi
Līdz ar tā saukto "nanotehnoloģiju" sākumu visai pasaulei ir prezentētas dažādas lietas. Tā sauktie fulerēni ir tie, kas ieguva galveno uzmanību nanotehnoloģiju jomā. Lielajai kosmosa organizācijai NASA, sadarbojoties ar slaveno ģeoķīmiķi Linu Bekeri, izdevās atklāt fullerēnus, kas rodas dabiski.
Materiālzinātņu unikālās ķīmijas dēļ lieliski pētnieki ir spējuši atklāt dažādus fullerēnu pielietojumus, tostarp medicīniskos, optiskās šķiedras un supravadītāji.
Antioksidanti
Fullerēni ir lieliski antioksidantu ražotāji, un šo īpašību var attiecināt uz vairākām konjugētajām dubultsaitēm, kas tām ir, kā arī ar ļoti augstu minēto molekulu elektronisko afinitāti, kas ir saistīts ar molekulārās orbītas enerģiju. ir zems un neaizņemts. Fullerēni var reaģēt ar ķēdes radikāļiem ilgi pirms to patērēšanas.
Pretvīrusu līdzekļi
Fullerēni vienmēr ir piesaistījuši uzmanību, jo tie ir lieliski pretvīrusu līdzekļi. Iespējams, ka tā izskats šajā ziņā ir daudz aizraujošāks, kas var būt saistīts ar tā spēju likvidēt cilvēka imūndeficīta vīrusa, tautā pazīstama kā "HIV" replikāciju, un tādēļ tas palīdz aizkavēt zināmā iegūtā imūndeficīta sindroma klātbūtni. ar tā saīsinājumu "AIDS".
Ir novērots, ka dendrofellerēns 1 un tā atvasinājums 2, kas ir trans izomērs, ir tie, kas inhibē HIV vīrusa proteāzes klasi un tādējādi novērš paša HIV 1 replikāciju.
Zāļu piegāde un gēnu piegāde
Zāļu ievadīšana kļūst par farmaceitiskā savienojuma veida transportēšanu uz darbības vietu, savukārt gēnu ievadīšana sastāv no svešas DNS ievadīšanas šūnās, lai varētu ražot zāles.vēlamā iedarbības veids.
Tāpēc ir ļoti svarīgi piegādāt šīs molekulas ar vislielāko drošību un efektivitāti. Fullerēni ir neorganisko nesēju klase, šīs molekulu klases bieži tiek dotas priekšroka, jo tām ir bijusi lieliska savietojamība, tostarp augstāka selektivitāte, tie saglabā bioloģisko aktivitāti un ir pēc iespējas mazāki, lai tos varētu paplašināt.
Fotosensibilizatori fotodinamiskajā terapijā
Fotodinamiskā terapija, kas pazīstama ar akronīmu "PDT", sastāv no terapijas formas, kurā tiek izmantots savienojums, kas ir jutīgs pret gaismu un nav toksisks, tas ir, ja tas tiek novietots gaismā, tad, ja tas kļūst toksisks. To lieto ļaundabīgu vai izmainītu šūnu ārstēšanai. Fullerēnus parasti izmanto šīm savienojumu klasēm.
Aizsargbrillēs
Fullerēniem ir ierobežotas optiskās īpašības. Tas attiecas uz to spēju samazināt gaismas caurlaidību, kas uz to krīt. Tāpēc minētās molekulas var izmantot kā sava veida optiskos ierobežotājus, ko izmanto aizsargbrillēs vai aizsarglēcās un sensoru lēcās.
Fullerēna īpašības
Mēs iepazīstināsim ar Fullenero galvenajām īpašībām fiziskajā līmenī.
Fizikālās īpašības Fullerēns C60
- Blīvums: Tas ir 1,65 g cm-3
- Standarta veidošanās siltums: Tas ir 9,08 kcal mol-1
- Refrakcijas indekss: Tas ir 2,2 (600 nm)
- Vārīšanās punkts: Tas ir izcils pie 800 K
- Pretestība: Apmēram 1014 omi m-1
- Tvaika blīvums: N / A
- Kristāla forma: N / A
- Sešstūra kubiskais tvaika spiediens: 5 x 10-6 tori istabas temperatūrā: 8 x 10-4 straumes pie 800 K
- Organoleptiskās īpašības: Tam ir balona kvēpu izskats: ļoti smalki sadalīts melns pulveris
- Fullerīti: Brūns/melns pulveris
- C60: vienkrāsains melns
- Smaka: Tualete
Fullerēni kosmosā
Kā jau teicām, fullerēnus parasti veido "satinuši" grafīta loksnē un pievienojot dažas pentagonu daļiņas, lai panāktu tās izliekumu. Ja loksne ir tikai sarullēta kā sava veida cilindrs, tad tiem ir jāpārklāj stūri ar izliektām puslodēm ar piecstūriem. Ko iegūs oglekļa nanocaurule.
Vēl viens raksts, kuru ieteicams izpētīt, ir Blēza Paskāla ieguldījums kas bieži vien noder šī elementa procedūrām. Šāda veida materiāli parasti ļoti atšķiras no fullerēna klases materiāliem – īsi sakot, no apaļajiem būriem, un tāpēc tiem ir ļoti atšķirīgas īpašības.