Fullerén je skupina uhlíkových molekúl, ktoré zvyčajne tvoria akúsi uhlíkovú trubicu, tie sa využívajú najmä v nanotechnológiách. V nasledujúcom článku sa o tom všetkom a ešte oveľa viac dozvieme.
Čo je fulerén a aké sú jeho použitia?
Takzvaný fulerén, ktorý je tiež známy ako „Buckminsterfullerene“, pozostáva zo série prázdnych molekúl uhlíka, ktoré tvoria akúsi uzavretú klietku nazývanú „buckyballs“ alebo akýsi valec, ktorým sú uhlíkové nanorúrky.
Fullerény sú zvyčajne triedou uhlíkových molekúl s konkrétnym druhom konštrukcie, ktorá využíva fyzikálne spôsoby, ako je typ gule alebo trubice. Uvedené molekuly môžu mať rovnakým spôsobom tvary ako šesťuholníkové a tiež päťuholníkové. Čo je však fullerén a na čo slúži? Fullerény sú triedou prvkov užitočných v určitých typoch počítačových aplikácií, najmä v stavebných vedách nazývaných nanotechnológie.
História fulerénov
Fullerén bol nájdený v roku 1985 skupinou ľudí menom Richard Smalley, James Heath, Robert Curl, Sean O'Brien a nakoniec Harold Kroto na Rice University. Uvedený prvý fullerén sa podarilo objaviť pod názvom buckminsterfulleren vedecky nazývaný „C60“ a jeho názov vzdával hold Buckminsterovi Fullerovi. Robert Curl bol nositeľom Nobelovej ceny za objav fullerénov v roku 1996.
Avšak objav takzvanej "Bucky-ball" bol vedený výskumom akejsi novej triedy materiálov, ktoré boli katalogizované ako fullerény alebo ako "buckminsterfullerene", čo je ten, ktorý označuje najmenší fullerén. . Ako už vieme z určitých alotropov uhlíka, ktoré sú obmedzené na minerálne prvky, ako sú:
- kule
- Grafit
- Nanorúrky
- uhlie
- Amorfný uhlík
Objav takzvaných „bucky-balls“ výrazne predĺžil uhlíkové alotrópy a stal sa predmetom akéhosi vášnivého výskumu v oblasti mikroelektromechanických systémov známych pod skratkou „MEMS“, ktoré pozostávajú z:
- Materiálové vedy
- Elektronické
- nanotechnológie
Rôzne štúdie odhalili, že typ práce fullerénu je z veľkej časti založený na rôznych teoretických a experimentálnych systémoch.
Fullerénová štruktúra
Fullerény sú svojou štruktúrou podobné grafitu, ktorý sa skladá z akéhosi plátu šesťuholníkových kruhov, obsahujú však päťuholníkové kruhy alebo v mnohých prípadoch aj sedemuholníkové, ktoré bránia tomu, aby pláty boli ploché.
Fullerény majú sp2 a sp3 hybridné uhlíkové atómy. Tieto molekuly majú veľmi vysokú triedu afinity k elektrónom a sú to molekuly, ktoré možno reverzibilne redukovať, aby absorbovali elektróny.
Napriek skutočnosti, že uvedená molekula je tvorená uhlíkovými kruhmi, ktoré boli konjugované, elektróny pri tejto príležitosti nie sú delokalizované, pre ktoré sú rovnaké molekuly tie, ktoré nemajú vlastnosť superomaticity. Rovnaké molekuly majú triedu veľmi vysokej pevnosti v ťahu a sú to tie, ktoré obnovia svoj pôvodný tvar po vystavení viac ako 3 XNUMX atmosférickým tlakom.
Je to kvôli jedinečným vlastnostiam uvedeného alotropu uhlíka, takže majú triedu aplikácií. Kvôli relativite k ľahkej syntéze, tzv Fullerén C60 Naďalej je veľmi populárny a pre jeho aplikácie sa vykonalo množstvo výskumov na vyššej úrovni.
Fullerén C60 je tvorený asi 60 uhlíkmi v asi 60 vrcholoch, ktoré tvoria akúsi sférickú štruktúru. Tvorí ho asi 12 šesťhranných krúžkov, ktoré zvyčajne susedia. Uvedené kruhy sú konjugované dvojitými väzbami.
Dĺžka prechodu CC pre šesťuholníkové krúžky je zvyčajne približne 1,40 A° a približne 1,46 A° pre päťuholníkové krúžky, pričom stredná trieda dĺžky prechodu sa rovná 1,44 A°
Typy fulerénov
Fullerény majú mnoho druhov štrukturálnych variácií a v roku 1985 dosiahli vynikajúci pokrok. Toto sú niektoré príklady typov fulerénov, ktoré dobre fungujú:
Nanorúrky alebo cylindrické fulerény
Tieto majú dutý tvar s extrémne minimalizovanými rozmermi. Nanorúrky, o ktorých sa zistilo, že sú vyrobené z uhlíka, sú vo všeobecnosti široké a ich dĺžka sa môže líšiť od niekoľkých nanometrov po mnoho mm (milimetrov). Majú jeden koniec zatvorený a druhý otvorený.
Elektronický priemysel je ten, ktorý používa hlavne uhlíkové nanorúrky, ďalšou oblasťou sú vesmírne technológie, aby bolo možné vyrábať vysoko odolné uhlíkové káble, ktoré sú potrebné pre vesmírne výťahy a pre puzdrá kozmických lodí, papierové batérie.
Hromady loptičiek
Ide o minimum fullerénu, ktorý sa v prírode nachádza. Najmenším členom tohto je dvanásťsten a najbežnejší pozostáva z C60, čo je dvadsaťsten, ktorý je podobný futbalovej lopte a skladá sa z približne 20 šesťuholníkov a 12 päťuholníkov. Veľký význam z hľadiska prirodzeného výskytu má malý fullerén, ktorý sa nachádza v sadzi alebo aj v uhlí.
Megatubes
Ako už názov napovedá, ide o Mega, čo znamená Veľký, majú trubice, ktoré majú oveľa väčší priemer ako v prípade nanorúriek. Steny megatrubíc sa pripravujú s rôznymi hrúbkami. Uvedené druhy rúrok sa zásadne používajú pri transporte rôznych molekúl rôznych rozmerov.
polyméry
Tieto sa nazývajú makromolekuly, ktoré sú spojené kovalentnými chemickými väzbami. Takzvané polyméry sú v podstate tvorené uhlíkovými reťazcami. Pod vysokým tlakom a pri vysokých teplotách tvoria zvyčajne dvojrozmerné polyméry a tiež trojrozmerné.
Nano – cibuľa
Pozostáva z pevného tvaru buckyball s guľovitými časticami, ktoré sú založené na viacerých vrstvách uhlíka.
„Loptička a reťaz“ Dimers United
Sú to dve guľôčky buckyballs, ktoré drží pohromade jediná uhlíková reťaz.
Fullerénové prstence
Posledným typom fulerénov, ktorý je ešte potrebné opísať, sú fulerénové prstence, o ktorých však nie je veľa informácií, iba to, že sú tvorené prstencom alebo prstencom fullerénových buckyballov.
Použitie fulerénu – aplikácie
So začiatkom takzvanej „nanotechnológie“ boli celému svetu predstavené rôzne veci. Takzvané fulerény sú tie, ktoré získali hlavné zameranie v oblasti nanotechnológií. Veľkej vesmírnej organizácii s názvom NASA sa v spolupráci s uznávanou geochemičkou Lynn Beckerovou podarilo objaviť fullerény, ktoré vznikajú prirodzene.
Vďaka jedinečnej chémii v materiálových vedách boli veľkí výskumníci schopní objaviť rôzne aplikácie fullerénov, ktoré zahŕňajú lekárske aplikácie, optické vlákna a supravodiče.
antioxidanty
Fullerény sú vynikajúcimi výrobcami antioxidantov, tento druh vlastnosti možno pripísať množstvu konjugovaných dvojitých väzieb, ktoré majú, a tiež akejsi veľmi vysokej elektrónovej afinite uvedených molekúl, a to kvôli energii molekulovej dráhy, ktorá je nízka a neobsadená. Fullerény môžu reagovať s reťazovými radikálmi dlho predtým, než sú spotrebované.
Antivírusové činidlá
Fullerény vždy priťahovali pozornosť pre svoju silu ako vynikajúce antivírusové činidlá. Možno je jeho vzhľad v tomto ohľade oveľa vzrušujúcejší, čo môže byť spôsobené jeho schopnosťou eliminovať replikáciu vírusu ľudskej imunodeficiencie, ľudovo známeho ako „HIV“, a preto pomáha oddialiť prítomnosť známeho syndrómu získanej imunodeficiencie. pod jeho skratkou „AIDS“.
Bolo pozorované, že dendrofellerén 1 a jeho derivát 2, čo je trans izomér, sú tie, ktoré inhibujú proteázovú triedu vírusu HIV, a preto zabraňujú replikácii samotného HIV 1.
Dodávanie liekov a dodávanie génov
Podávanie liekov sa stáva transportom typu farmaceutickej zlúčeniny na miesto účinku, zatiaľ čo podávanie génov spočíva v zavedení cudzej DNA do buniek, aby bolo možné produkovať liek požadovaný typ účinku.
Preto je veľmi dôležité dodávať tieto molekuly s maximálnou bezpečnosťou a účinnosťou. Fullerény sú triedou anorganických nosičov, tieto triedy molekúl sú často uprednostňované, pretože preukázali vynikajúcu kompatibilitu vrátane vyššej selektivity, zachovávajú si biologickú aktivitu a sú čo najmenšie, aby sa mohli rozšíriť.
Fotosenzibilizátory vo fotodynamickej terapii
Fotodynamická terapia známa pod skratkou "PDT" pozostáva z formy terapie, ktorá využíva typ zlúčeniny, ktorá je citlivá na svetlo a ktorá nie je toxická, a to vtedy, keď sa umiestni na svetlo, potom ak sa stane toxickou. Používa sa na liečbu malígnych alebo zmenených buniek. Pre tieto triedy zlúčenín sa všeobecne používajú fulerény.
In Ochranné okuliare
Fullerény majú obmedzené optické vlastnosti. To sa týka ich schopnosti znížiť priepustnosť svetla, ktoré naň dopadá. Uvedené molekuly sa preto môžu použiť ako druh optického obmedzovača, ktorý sa používa v okuliaroch alebo ochranných a senzorových šošovkách.
Vlastnosti fulerénu
Predstavíme si, aké sú hlavné vlastnosti Fullenero na fyzickej úrovni.
Fyzikálne vlastnosti fulerén C60
- Hustota: Je to 1,65 g cm-3
- Štandardné teplo formovania: Je to 9,08 kcal mol-1
- Index lomu: Je to 2,2 (600 nm)
- Bod varu: Je úžasný pri 800 K
- Odpor: Asi 1014 ohmov m-1
- Hustota pár: N / A
- Tvar kryštálu: N / A
- Šesťhranný kubický tlak pár: 5 x 10-6 torr pri izbovej teplote: 8 x 10-4 torrent pri 800 K
- Organoleptické vlastnosti: Má vzhľad balónových sadzí: veľmi jemne rozptýlený čierny prášok
- Fulleriti: Hnedý/čierny prášok
- C60: plná čierna
- Pach: toaletný
Fullerény vo vesmíre
Ako sme už povedali, fulerény sa zvyčajne tvoria „zvinuté“ v grafite a pridaním niekoľkých častíc päťuholníkov, aby sa dosiahlo jeho zakrivenie. Ak je list zvinutý len ako druh valca, potom musia rohy zakryť zakrivenými pologuľami s päťuholníkmi. Čo sa získa uhlíková nanorúrka.
Ďalším článkom, ktorý sa odporúča preštudovať, sú Príspevky Blaise Pascala ktoré sú často užitočné pre postupy tohto prvku. Tieto typy materiálov sa zvyčajne veľmi líšia od materiálov triedy fullerénov, skrátka od okrúhlych klietok, a preto majú veľmi odlišné vlastnosti.