फुलरीन हा कार्बन रेणूंचा एक समूह आहे जो सामान्यत: एक प्रकारची कार्बन ट्यूब बनवतो, ते विशेषतः नॅनो तंत्रज्ञानासाठी वापरले जातात. पुढील लेखात आपण याबद्दल सर्वकाही आणि बरेच काही जाणून घेऊ.
फुलरेन म्हणजे काय आणि त्याचे उपयोग काय?
तथाकथित फुलरेन, ज्याला "बकमिंस्टरफुलेरीन" असेही म्हटले जाते, त्यामध्ये रिक्त कार्बन रेणूंची मालिका असते जी "बकीबॉल" नावाचा एक प्रकारचा बंद पिंजरा किंवा कार्बन नॅनोट्यूबचा एक प्रकारचा सिलेंडर बनवते.
फुलरेन्स हे सामान्यत: एका विशिष्ट प्रकारच्या बांधकामासह कार्बन रेणूंचा एक वर्ग असतो ज्यामध्ये एक प्रकारचा गोल किंवा ट्यूब सारख्या भौतिक मार्गांचा वापर केला जातो. म्हटल्याप्रमाणे रेणूंमध्ये षटकोनी आणि पंचकोनीसारखे आकार असू शकतात. तथापि, फुलरीन म्हणजे काय आणि ते कशासाठी आहे? फुलरेन्स हा घटकांचा एक वर्ग आहे जो विशिष्ट प्रकारच्या संगणकीय अनुप्रयोगांमध्ये उपयुक्त आहे, विशेषत: नॅनोटेक्नॉलॉजीज नावाच्या बिल्डिंग सायन्समध्ये.
फुलरेन इतिहास
राईस युनिव्हर्सिटीत असताना रिचर्ड स्मॅली, जेम्स हीथ, रॉबर्ट कर्ल, शॉन ओ'ब्रायन आणि शेवटी हॅरोल्ड क्रोटो नावाच्या लोकांच्या गटाला 1985 मध्ये फुलरेन सापडली. म्हणाले की प्रथम फुलरीन बकमिंस्टरफुलरीनच्या नावाने शोधण्यात यशस्वी झाले ज्याला वैज्ञानिकदृष्ट्या "C60" म्हटले जाते, आणि त्याचे नाव बकमिन्स्टर फुलर यांना श्रद्धांजली अर्पण करते. रॉबर्ट कर्ल हे 1996 मध्ये फुलरेन्सच्या शोधासाठी नोबेल पारितोषिक जिंकणारी व्यक्ती होती.
तथापि, तथाकथित "बकी-बॉल" चा शोध फुलरीन किंवा "बकमिंस्टरफुलेरीन" म्हणून सूचीबद्ध केलेल्या सामग्रीच्या एका प्रकारच्या नवीन वर्गावरील संशोधनामुळे झाला आहे जो सर्वात लहान फुलरीनचा संदर्भ देतो. . कार्बनच्या विशिष्ट ऍलोट्रोपपासून आपल्याला आधीच माहित आहे, जे खनिज घटकांपुरते मर्यादित आहेत जसे की:
- हिरे
- ग्रेफाइट
- नानोट्यूब
- कोळसा
- अनाकार कार्बन
तथाकथित "बकी-बॉल्स" चा शोध म्हणजे कार्बन ऍलोट्रोपचे लक्षणीय विस्तार होते आणि मायक्रोइलेक्ट्रोमेकॅनिकल सिस्टीम्सच्या क्षेत्रातील एक प्रकारचे उत्कट संशोधनाचा विषय बनला आहे ज्याचे संक्षिप्त रूप "MEMS" द्वारे ओळखले जाते, ज्यामध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:
- साहित्य विज्ञान
- इलेक्ट्रॉनिक
- नॅनो तंत्रज्ञान
विविध अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की फुलरीनच्या कार्याचा प्रकार मुख्यत्वे विविध सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक प्रणालींवर आधारित आहे.
फुलरीन रचना
फुलरेन्स त्यांच्या संरचनेत ग्रेफाइट सारखेच असतात, जे षटकोनी जोडलेल्या रिंगांच्या एका प्रकारच्या शीटने बनलेले असते, तथापि, त्यामध्ये पंचकोनी रिंग असतात किंवा अनेक प्रसंगी हेप्टागोनल असतात ज्यामुळे शीट्स सपाट होण्यापासून रोखतात.
फुलरेन्समध्ये sp2 आणि sp3 हायब्रिड कार्बन अणू असतात. या रेणूंमध्ये इलेक्ट्रॉनसाठी खूप उच्च आत्मीयता वर्ग आहे आणि ते इलेक्ट्रॉन शोषण्यासाठी उलटे कमी केले जाऊ शकतात.
संयुग्मित झालेल्या कार्बन रिंग्सद्वारे रेणू तयार केले जातात हे तथ्य असूनही, या प्रसंगी इलेक्ट्रॉन डिलोकलाइझ केलेले नाहीत, ज्यासाठी हेच रेणू असे आहेत ज्यात सुपरओमॅटिकिटीचा गुणधर्म नाही. तेच रेणू अतिशय उच्च तन्य शक्तीचा एक वर्ग ठेवतात आणि 3 पेक्षा जास्त वातावरणीय दाबांच्या अधीन झाल्यानंतर त्यांचा मूळ आकार पुनर्प्राप्त करतात.
हे कार्बनच्या उक्त अ‍ॅलोट्रोपच्या अद्वितीय गुणधर्मांमुळे आहे, म्हणून त्यांच्याकडे अनुप्रयोगांचा वर्ग आहे. संश्लेषण सुलभतेसाठी सापेक्षतेमुळे, तथाकथित फुलरेन C60 हे खूप लोकप्रिय आहे आणि उच्च स्तरावर त्याच्या अनुप्रयोगांसाठी मोठ्या प्रमाणात संशोधन केले गेले आहे.
फुलरीन C60 हे सुमारे 60 शिरोबिंदूंमध्ये सुमारे 60 कार्बनचे बनलेले असते जे एक प्रकारची गोलाकार रचना बनवतात. हे सुमारे 12 रिंगांनी बनलेले आहे जे षटकोनी आहेत जे सहसा एकमेकांना लागून असतात. सांगितले रिंग दुहेरी बाँड सह संयुग्मित केले जात आहेत.
षटकोनी रिंगांसाठी CC जंक्शन लांबी साधारणतः 1,40 A° आणि पंचकोनी रिंगांसाठी 1,46 A° असते, ज्याची सरासरी जंक्शन लांबी 1,44 A° च्या बरोबरीची असते.
फुलरेनचे प्रकार
फुलरेन्समध्ये अनेक प्रकारच्या संरचनात्मक भिन्नता आहेत आणि त्यांनी 1985 मध्ये उत्कृष्ट प्रगती केली आहे. आम्ही ज्यांचे वर्णन करणार आहोत ते फुलरेन्सच्या प्रकारांची काही उदाहरणे आहेत जी चांगल्या प्रकारे कार्य करतात:
नॅनोट्यूब किंवा दंडगोलाकार फुलरेन्स
यामध्ये पोकळ आकार आहे, ज्याची परिमाणे अत्यंत लहान आहेत. कार्बनचे बनलेले आढळलेले नॅनोट्यूब सामान्यत: रुंद असतात आणि काही नॅनोमीटरपासून ते अनेक मिमी (मिलीमीटर) लांबीमध्ये वेगळे केले जाऊ शकतात. त्यांचे एक बंद टोक आणि एक उघडे टोक आहे.
इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग हा मुख्यत: कार्बन नॅनोट्यूबचा वापर करणारा उद्योग आहे, दुसरे क्षेत्र म्हणजे स्पेस टेक्नॉलॉजी आहे जे उच्च प्रतिरोधक कार्बन केबल्स तयार करण्यास सक्षम आहे जे स्पेस एलिव्हेटर्स आणि स्पेसक्राफ्ट केसेससाठी आवश्यक आहे. पेपर बॅटरी.
बकीबॉलचे गुच्छे
हे निसर्गात आढळणारे किमान फुलरीन आहे. यातील सर्वात लहान सदस्य म्हणजे डोडेकाहेड्रॉन आणि सर्वात सामान्य सदस्यामध्ये C60 असतो जो सॉकर बॉलसारखाच असतो, जो सुमारे 20 षटकोनी आणि 12 पंचकोनांनी बनलेला असतो. लहान फुलरीन नैसर्गिक घटनेच्या दृष्टीने खूप महत्वाचे आहे आणि ते काजळी किंवा कोळशात देखील आढळू शकते.
मेगाट्यूब्स
त्याचे नाव दर्शविते, हे मेगा आहे, ज्याचा अर्थ मोठा आहे, त्यांच्याकडे नॅनोट्यूबच्या तुलनेत व्यासाने खूप मोठ्या असलेल्या नळ्या आहेत. मेगाट्युबच्या भिंती वेगवेगळ्या जाडीने तयार केल्या जात आहेत. निरनिराळ्या परिमाणांच्या विविध रेणूंच्या वाहतुकीसाठी अशा प्रकारच्या नळ्या मूलभूतपणे वापरल्या जातात.
पॉलिमर
त्यांना सहसंयोजक रासायनिक बंधांनी जोडलेले मॅक्रोमोलेक्यूल्स म्हणतात. तथाकथित पॉलिमर मूलत: कार्बन चेनद्वारे बनवले जातात. उच्च दाब आणि उच्च तापमानात ते सहसा द्विमितीय पॉलिमर आणि त्रिमितीय पॉलिमर बनवतात.
नॅनो - कांदा
यामध्ये गोलाकार आकाराचे कण असलेले घन बकीबॉल आकार असतात जे कार्बनच्या अनेक स्तरांवर आधारित असतात.
"बॉल आणि चेन" डायमर्स युनायटेड
हे बकीबॉलचे दोन बॉल आहेत जे एकाच कार्बन साखळीने एकत्र ठेवलेले आहेत.
फुलरेन रिंग्ज
फुलरेनचा शेवटचा प्रकार ज्याचे वर्णन करणे बाकी आहे ते फुलरेन रिंग्स आहेत, तथापि, त्यांच्याबद्दल फारशी माहिती नाही, फक्त ती फुलरीन बकीबॉलच्या रिंग किंवा रिंगने तयार होते.
फुलरीनचे उपयोग – ऍप्लिकेशन्स
तथाकथित ‘नॅनो टेक्नॉलॉजी’च्या सुरुवातीपासून विविध गोष्टी संपूर्ण जगासमोर मांडल्या गेल्या आहेत. नॅनोटेक्नॉलॉजीच्या क्षेत्रातील मुख्य फोकस ज्यांनी प्राप्त केले त्या तथाकथित फुलरेन्स आहेत. NASA नावाच्या महान अवकाश संस्थेने, प्रख्यात भू-रसायनशास्त्रज्ञ लिन बेकर यांच्या सहकार्याने, नैसर्गिकरित्या तयार झालेल्या फुलरेन्स शोधण्यात व्यवस्थापित केले.
भौतिक विज्ञानातील अद्वितीय रसायनशास्त्रामुळे, महान संशोधक फुलरेन्सचे विविध अनुप्रयोग शोधण्यात सक्षम झाले आहेत, ज्यात वैद्यकीय अनुप्रयोग, ऑप्टिकल फायबर आणि सुपरकंडक्टर.
अँटीऑक्सिडंट्स
फुलरेन्स हे अँटिऑक्सिडंट्सचे उत्कृष्ट उत्पादक आहेत, या प्रकारच्या गुणधर्माचे श्रेय त्यांच्याकडे असलेल्या अनेक संयुग्मित दुहेरी बंधांना दिले जाऊ शकते आणि सांगितलेल्या रेणूंच्या एक प्रकारची अत्यंत उच्च इलेक्ट्रॉनिक आत्मीयता देखील आहे, हे आण्विक कक्षाच्या ऊर्जेमुळे होते. कमी आणि व्यवस्थीत आहे. फुलरेन्स चेन रॅडिकल्सचे सेवन होण्यापूर्वी त्यांच्याशी प्रतिक्रिया देऊ शकतात.
अँटीव्हायरल एजंट्स
फुलरेन्स उत्कृष्ट अँटीव्हायरल एजंट म्हणून त्यांच्या सामर्थ्यामुळे नेहमीच लक्ष वेधून घेतात. कदाचित त्याचे स्वरूप अधिक रोमांचक आहे, या संदर्भात, जे मानवी इम्युनोडेफिशियन्सी व्हायरसची प्रतिकृती काढून टाकण्याच्या क्षमतेमुळे असू शकते, ज्याला "एचआयव्ही" म्हणून ओळखले जाते, आणि यासाठी, ते ज्ञात इम्युनोडेफिशियन्सी सिंड्रोमच्या उपस्थितीला विलंब करण्यास मदत करते. त्याच्या संक्षेपाने "एड्स".
असे आढळून आले आहे की डेंड्रोफेलेरीन 1 आणि त्याचे व्युत्पन्न 2, जे ट्रान्स आयसोमर आहे, ते एचआयव्ही विषाणूच्या प्रोटीज वर्गास प्रतिबंधित करतात आणि म्हणूनच, एचआयव्ही 1 ची प्रतिकृती स्वतःच प्रतिबंधित करतात.
औषध वितरण आणि जीन वितरण
औषधांचे प्रशासन कृतीच्या ठिकाणी एक प्रकारचे फार्मास्युटिकल कंपाऊंडचे वाहतूक बनते, तर जनुकांच्या प्रशासनामध्ये औषध तयार करण्यास सक्षम होण्यासाठी पेशींच्या आत परदेशी डीएनएचा समावेश असतो. इच्छित प्रकारचा प्रभाव.
म्हणून, हे रेणू अत्यंत सुरक्षितता आणि कार्यक्षमतेने वितरीत करणे खूप महत्वाचे आहे. फुलरेन्स हा अजैविक वाहकांचा एक वर्ग आहे, रेणूंच्या या वर्गांना अनेकदा पसंती दिली जाते कारण त्यांनी उच्च निवडकतेसह उत्कृष्ट सुसंगतता दर्शविली आहे, ते जैविक क्रियाकलाप टिकवून ठेवतात आणि ते वाढवता येतील तितके लहान असतात.
फोटोडायनामिक थेरपीमध्ये फोटोसेन्सिटायझर्स
फोटोडायनामिक थेरपी ज्याचे संक्षिप्त रूप "PDT" द्वारे ओळखले जाते त्यामध्ये थेरपीचा एक प्रकार असतो जो प्रकाशासाठी संवेदनशील असतो आणि विषारी नसतो, जेव्हा ती प्रकाशात ठेवली जाते तेव्हा ती विषारी बनते. हे घातक किंवा बदललेल्या पेशींवर उपचार करण्यासाठी वापरले जाते. फुलरेन्स सामान्यतः संयुगांच्या या वर्गांसाठी वापरली जातात.
सुरक्षा चष्मा मध्ये
फुलरेन्समध्ये मर्यादित ऑप्टिकल गुणधर्म असतात. त्यावर पडणार्‍या प्रकाशाचे प्रसारण कमी करण्याच्या त्यांच्या क्षमतेचा संदर्भ देते. म्हणून सांगितलेले रेणू एक प्रकारचे ऑप्टिकल लिमिटर म्हणून वापरले जाऊ शकतात जे गॉगल किंवा संरक्षणात्मक आणि सेन्सर लेन्समध्ये वापरले जातात.
फुलरिन गुणधर्म
भौतिक स्तरावर फुलनेरोचे मुख्य गुणधर्म काय आहेत ते आम्ही मांडणार आहोत.
चे भौतिक गुणधर्म फुलरीन C60
- घनता: ते 1,65 ग्रॅम सेमी-3 आहे
- निर्मितीची मानक उष्णता: ते 9,08 kcal mol-1 आहे
- अपवर्तक सूचकांक: ते 2,2 (600nm) आहे
- उत्कलनांक: ते 800 K वर उदात्त आहे
- प्रतिरोधकता: सुमारे 1014 ohms m-1
- बाष्प घनता: N / A
- क्रिस्टल आकार: N / A
- षटकोनी घन वाष्प दाब: खोलीच्या तपमानावर 5 x 10-6 टॉर : 8 x 10-4 टॉरेन्टियल 800 K वर
- ऑर्गनोलेप्टिक गुणधर्म: त्यात फुग्याच्या काजळीचे स्वरूप आहे: अतिशय बारीक वाटलेली काळी पावडर
- फुलेराइट्स: एक तपकिरी/काळी पावडर
- C60: घन काळा
- वास: शौचालय
अंतराळातील फुलरेन्स
आम्ही आधीच म्हटल्याप्रमाणे, फुलरेन्स सामान्यतः ग्रेफाइटच्या शीटमध्ये "गुंडाळलेले" बनतात आणि त्याची वक्रता प्राप्त करण्यासाठी पंचकोनचे काही कण जोडतात. जर शीट फक्त एक प्रकारचा सिलेंडर म्हणून गुंडाळली गेली असेल, तर त्यांनी कोपरे पंचकोनसह वक्र गोलार्धांनी झाकले पाहिजेत. कार्बन नॅनोट्यूब काय प्राप्त होईल.
अभ्यास करण्यासाठी शिफारस केलेला दुसरा लेख आहे ब्लेझ पास्कल यांचे योगदान जे सहसा या घटकाच्या प्रक्रियेसाठी उपयुक्त असतात. या प्रकारची सामग्री सामान्यत: फुलरीन वर्गाच्या सामग्रीपेक्षा खूप वेगळी असते - प्रकार, थोडक्यात, गोल पिंजऱ्यांपर्यंत आणि त्यामुळे खूप भिन्न गुणधर्म असतात.