Fullereny to grupa cząsteczek węgla, które zwykle tworzą rodzaj rurki węglowej, wykorzystywane są zwłaszcza w nanotechnologii. W poniższym artykule dowiemy się o tym wszystkiego i nie tylko.
Co to jest fuleren i jakie są jego zastosowania?
Tak zwany fuleren, znany również jako „bukminsterfulleren”, składa się z serii pustych cząsteczek węgla, które tworzą rodzaj zamkniętej klatki zwanej „kułeczkami Bucky” lub rodzaj cylindra, który jest nanorurkami węglowymi.
Fulereny są zwykle klasą cząsteczek węgla o szczególnym rodzaju konstrukcji, która wykorzystuje fizyczne sposoby, takie jak rodzaj kuli lub rurki. Wspomniane cząsteczki w ten sam sposób mogą mieć kształty takie jak sześciokątne, a także pięciokątne. Czym jednak jest fuleren i do czego służy? Fulereny to klasa pierwiastków przydatnych w niektórych zastosowaniach obliczeniowych, zwłaszcza w naukach budowlanych zwanych nanotechnologiami.
Historia fulerenów
Fullerene została odkryta w 1985 roku przez grupę ludzi o nazwisku Richard Smalley, James Heath, Robert Curl, Sean O'Brien i wreszcie Harold Kroto podczas pobytu na Uniwersytecie Rice. Wspomniany pierwszy fuleren został odkryty w nazwie buckminsterfullerenu naukowo zwanego „C60”, a jego nazwa składa hołd Buckminsterowi Fullerowi. Robert Curl był osobą, która w 1996 roku zdobyła Nagrodę Nobla za odkrycie fulerenów.
Jednak odkrycie tak zwanej „kuli bucky” było spowodowane badaniami nad rodzajem nowej klasy materiałów, które zostały skatalogowane jako fulereny lub jako „buckminsterfullerene”, czyli ten, który odnosi się do najmniejszego fulerenu. . Jak już wiemy z niektórych alotropów węgla, które ograniczają się do pierwiastków mineralnych, takich jak:
- Diamenty
- Grafit
- Nanorurki
- Węgiel
- Węgiel amorficzny
Odkrycie tak zwanych „kuleczek Bucky” spowodowało znaczne wydłużenie alotropów węgla i stało się przedmiotem swego rodzaju pasjonujących badań w dziedzinie układów mikroelektromechanicznych znanych pod skrótem „MEMS”, składających się z:
- Nauki o materiałach
- Elektroniczna
- nanotechnologia
Różne badania wykazały, że rodzaj pracy fulerenu jest w dużej mierze oparty na różnych systemach teoretycznych i eksperymentalnych.
Struktura fulerenów
Fulereny są zbliżone w swojej budowie do grafitu, który składa się z pewnego rodzaju arkusza połączonych heksagonalnie pierścieni, jednak zawierają one pierścienie pięciokątne lub w wielu przypadkach siedmiokątne, które uniemożliwiają spłaszczenie arkuszy.
Fulereny mają hybrydowe atomy węgla sp2 i sp3. Cząsteczki te mają bardzo wysoką klasę powinowactwa do elektronów i są tymi, które można odwracalnie zredukować do pochłaniania elektronów.
Pomimo tego, że wspomniana cząsteczka jest zbudowana z pierścieni węglowych, które zostały sprzężone, elektrony w tym przypadku nie są zdelokalizowane, dla czego te same cząsteczki są tymi, które nie mają właściwości superomatyczności. Te same cząsteczki mają klasę bardzo wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i są tymi, które odzyskują swój pierwotny kształt po poddaniu działaniu ponad 3 ciśnień atmosferycznych.
Dzieje się tak ze względu na unikalne właściwości wspomnianego alotropu węgla, dzięki czemu mają one klasę zastosowań. Ze względu na względność łatwości syntezy tzw Fuleren C60 Nadal cieszy się dużą popularnością i przeprowadzono wiele badań dotyczących jego zastosowań na wyższym poziomie.
Fulleren C60 składa się z około 60 węgli w około 60 wierzchołkach, które tworzą rodzaj struktury kulistej. Składa się z około 12 pierścieni, które są sześciokątne i zwykle przylegają do siebie. Wspomniane pierścienie są sprzężone wiązaniami podwójnymi.
Długość złącza CC dla pierścieni sześciokątnych wynosi zwykle około 1,40 A° i około 1,46 A° dla pierścieni pięciokątnych, przy średniej klasie długości złącza równej 1,44 A°
Rodzaje fulerenów
Fulereny mają wiele rodzajów zmian strukturalnych i poczyniły ogromne postępy w 1985 roku. Te, które opiszemy, to kilka przykładów typów fulerenów, które działają dobrze:
Nanorurki lub cylindryczne fulereny
Mają one wydrążony kształt o bardzo zminimalizowanych wymiarach. Stwierdzono, że nanorurki wykonane są z węgla są na ogół szerokie i można je rozróżnić od kilku nanometrów do wielu milimetrów (milimetrów). Mają jeden koniec zamknięty i jeden otwarty.
Przemysł elektroniczny to ten, który wykorzystuje głównie nanorurki węglowe, innym obszarem jest technologia kosmiczna, aby móc produkować wysokowytrzymałe kable węglowe, które są niezbędne w kosmicznych windach i obudowach statków kosmicznych, baterie papierowe.
Kiście Buckyballs
To minimalny fuleren występujący w naturze. Najmniejszym elementem jest dwunastościan, a najczęstszy składa się z C60, który jest dwudziestościanem podobnym do piłki nożnej, złożonym z około 20 sześciokątów i 12 pięciokątów. Niewielki fuleren ma ogromne znaczenie z punktu widzenia naturalnego występowania i można go znaleźć w sadzie, a nawet węglu.
Megatuby
Jak sama nazwa wskazuje, jest to Mega, co oznacza Duże, mają rurki o znacznie większej średnicy niż w przypadku nanorurek. Przygotowywane są ściany megatub o różnej grubości. Wspomniane rodzaje rurek są zasadniczo wykorzystywane do transportu różnych cząsteczek o różnych wymiarach.
polimery
Są to tak zwane makrocząsteczki połączone kowalencyjnymi wiązaniami chemicznymi. Tak zwane polimery składają się zasadniczo z łańcuchów węglowych. Pod wysokim ciśnieniem iw wysokich temperaturach tworzą zwykle polimery dwuwymiarowe, a także trójwymiarowe.
Nano – Cebula
Składa się z solidnego kształtu buckyballa z kulistymi cząsteczkami, które są oparte na wielu warstwach węgla.
Zjednoczeni Dimerowie z „kulą i łańcuchem”
Są to dwie kulki buckyballi, które są utrzymywane razem przez pojedynczy łańcuch węglowy.
Pierścienie fulerenowe
Ostatnim typem fulerenów, który pozostaje do opisania, są pierścienie fulerenowe, jednak niewiele jest na ich temat informacji, poza tym, że jest on tworzony przez pierścień lub pierścień fulerenów buckyballs.
Zastosowania fulerenu – zastosowania
Wraz z nadejściem tak zwanej „nanotechnologii” różne rzeczy zostały zaprezentowane całemu światu. Tak zwane fulereny to te, które zyskały główny nacisk w dziedzinie nanotechnologii. Wielka organizacja kosmiczna o nazwie NASA, we współpracy ze znaną geochemikiem Lynn Becker, zdołała odkryć fulereny, które powstają w naturalny sposób.
Ze względu na wyjątkową chemię w materiałoznawstwie wielcy badacze byli w stanie odkryć różne zastosowania fulerenów, które mają obejmować zastosowania medyczne, światłowody i nadprzewodniki.
Przeciwutleniacze
Fulereny są doskonałymi producentami przeciwutleniaczy, ten rodzaj właściwości można przypisać wielu sprzężonym wiązaniom podwójnym, które posiadają, a także rodzajowi bardzo wysokiego powinowactwa elektronowego wspomnianych cząsteczek, ze względu na energię orbity molekularnej, która jest niski i pusty. Fulereny mogą reagować z rodnikami łańcuchowymi na długo przed ich konsumpcją.
Środki przeciwwirusowe
Fulereny zawsze przyciągały uwagę ze względu na swoją siłę jako doskonałe środki przeciwwirusowe. Być może jego wygląd jest pod tym względem znacznie bardziej ekscytujący, co może wynikać z jego zdolności do eliminowania replikacji wirusa ludzkiego niedoboru odporności, popularnie zwanego „HIV”, a w tym celu pomaga opóźnić obecność znanego zespołu nabytego niedoboru odporności przez jego akronim „AIDS”.
Zaobserwowano, że dendrofelleren 1 i jego pochodna 2, która jest izomerem trans, hamują klasę proteaz wirusa HIV, a zatem zapobiegają replikacji samego HIV-1.
Dostarczanie leków i dostarczanie genów
Podawanie leków staje się transportem pewnego rodzaju związku farmaceutycznego do miejsca działania, natomiast podawanie genów polega na wprowadzeniu obcego DNA do wnętrza komórek, aby móc wywołać pożądany rodzaj działania leku.
Dlatego bardzo ważne jest dostarczanie tych cząsteczek z najwyższym bezpieczeństwem i wydajnością. Fulereny są klasą nośników nieorganicznych, te klasy cząsteczek są często preferowane, ponieważ wykazują doskonałą kompatybilność, w tym wyższą selektywność, zachowują aktywność biologiczną i są tak małe, jak to możliwe, aby można je było rozszerzyć.
Fotosensybilizatory w terapii fotodynamicznej
Terapia fotodynamiczna znana pod akronimem „PDT” składa się z formy terapii, która wykorzystuje rodzaj związku, który jest wrażliwy na światło i nie jest toksyczny, gdy jest umieszczony w świetle, a następnie staje się toksyczny. Jest stosowany w leczeniu złośliwych lub zmienionych komórek. W tych klasach związków na ogół stosuje się fulereny.
W okularach ochronnych
Fulereny mają ograniczone właściwości optyczne. Odnosi się to do ich zdolności do zmniejszania przepuszczalności światła, które na nią pada. Wspomniane cząsteczki można zatem stosować jako rodzaj ogranicznika optycznego, który jest stosowany w goglach lub soczewkach ochronnych i czujnikowych.
Właściwości fulerenów
Przedstawimy jakie są główne właściwości Fullenero na poziomie fizycznym.
Właściwości fizyczne fulereny C60
- Gęstość: Jest to 1,65 g cm-3
- Standardowe ciepło formowania: Jest to 9,08 kcal mol-1
- Współczynnik załamania światła: to jest 2,2 (600nm)
- Temperatura wrzenia: Jest Sublime w 800 K
- Oporność: Około 1014 omów m-1
- Gęstość pary: N / A
- Kształt kryształu: N / A
- Sześciokątne sześcienne ciśnienie pary: 5 x 10-6 tor w temperaturze pokojowej: 8 x 10-4 tor przy 800 K
- Właściwości organoleptyczne: Ma wygląd sadzy balonowej: bardzo drobno podzielony czarny proszek
- Fulleryci: Brązowo-czarny proszek
- C60: pełna czerń
- Zapach: Toaleta
Fulereny w kosmosie
Jak już powiedzieliśmy, fulereny zwykle formuje się „zwiniętymi” w arkusz grafitu i dodawany jest kilka cząstek pięciokątów, aby uzyskać jego krzywiznę. Jeśli arkusz jest tylko zwinięty jako rodzaj walca, to muszą pokryć rogi zakrzywionymi półkulami z pięciokątami. Co uzyska nanorurka węglowa.
Kolejnym artykułem, który jest zalecany do przestudiowania, są Wkład Blaise'a Pascal które są często przydatne w procedurach tego elementu. Tego typu materiały zazwyczaj bardzo różnią się od materiałów klasy fulerenów – w skrócie typu Round Cages i dlatego mają bardzo różne właściwości.