ฟูลเลอรีนเป็นกลุ่มของโมเลกุลคาร์บอนที่มักจะก่อตัวเป็นท่อคาร์บอนชนิดหนึ่ง ซึ่งถูกใช้โดยเฉพาะสำหรับนาโนเทคโนโลยี ในบทความต่อไปนี้เราจะรู้ทุกอย่างเกี่ยวกับเรื่องนี้และอีกมากมาย
ฟูลเลอรีนคืออะไรและมีประโยชน์อย่างไร?
สิ่งที่เรียกว่า Fullerene ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า "Buckminsterfullerene" ประกอบด้วยชุดของโมเลกุลคาร์บอนเปล่าที่สร้างกรงปิดที่เรียกว่า "buckyballs" หรือทรงกระบอกที่เป็นท่อนาโนคาร์บอน
ฟูลเลอรีนมักจะเป็นกลุ่มของโมเลกุลคาร์บอนที่มีโครงสร้างเฉพาะซึ่งใช้วิธีทางกายภาพ เช่น ทรงกลมหรือท่อ โมเลกุลดังกล่าวในลักษณะเดียวกันสามารถมีรูปร่างเช่นหกเหลี่ยมและห้าเหลี่ยมได้ อย่างไรก็ตามฟูลเลอรีนคืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร? ฟูลเลอรีนเป็นองค์ประกอบประเภทหนึ่งที่มีประโยชน์ในการใช้งานคอมพิวเตอร์บางประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวิทยาศาสตร์การสร้างที่เรียกว่านาโนเทคโนโลยี
ประวัติฟูลเลอรีน
Fullerene ถูกค้นพบในปี 1985 โดยกลุ่มคนชื่อ Richard Smalley, James Heath, Robert Curl, Sean O'Brien และในที่สุด Harold Kroto ขณะอยู่ที่มหาวิทยาลัย Rice กล่าวว่าสามารถค้นพบฟูลเลอรีนตัวแรกในชื่อ buckminsterfullerene ที่เรียกว่า "C60" และชื่อของมันแสดงความเคารพต่อ Buckminster Fuller Robert Curl เป็นผู้ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบฟูลเลอรีนในปี 1996
อย่างไรก็ตาม การค้นพบสิ่งที่เรียกว่า "บัคกี้บอล" ได้นำโดยการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุประเภทใหม่ที่ได้รับการจัดประเภทเป็นฟูลเลอรีน หรือเป็น "บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน" ซึ่งเป็นวัสดุที่หมายถึงฟูลเลอรีนที่เล็กที่สุด . ดังที่เราทราบแล้วจาก allotropes ของคาร์บอน ซึ่งจำกัดเฉพาะธาตุแร่ เช่น:
- เพชร
- กราไฟท์
- ท่อนาโน
- ถ่านหิน
- คาร์บอนอสัณฐาน
การค้นพบสิ่งที่เรียกว่า "บัคกี้บอล" คือสิ่งที่ช่วยยืดตัวของคาร์บอนอัลโลโทรปอย่างมีนัยสำคัญ และกลายเป็นหัวข้อของการวิจัยที่กระตือรือร้นในสาขาระบบไมโครไฟฟ้าที่รู้จักกันในชื่อย่อ "MEMS" ซึ่งประกอบด้วย:
- วัสดุศาสตร์
- อิเล็กทรอนิกส์
- นาโนเทคโนโลยี
จากการศึกษาต่างๆ พบว่า ประเภทของงานฟูลเลอรีนเป็นงานที่มีพื้นฐานมาจากระบบทฤษฎีและการทดลองที่หลากหลายเป็นส่วนใหญ่
โครงสร้างฟูลเลอรีน
ฟูลเลอรีนมีโครงสร้างคล้ายกับกราไฟต์ ซึ่งประกอบด้วยแผ่นวงแหวนหกเหลี่ยม แต่มีวงแหวนห้าเหลี่ยมหรือหลายเหลี่ยมที่ป้องกันไม่ให้แผ่นเรียบ
Fullerenes มีอะตอมของคาร์บอนไฮบริด sp2 และ sp3 โมเลกุลเหล่านี้มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับอิเล็กตรอนในระดับสูงมาก และเป็นโมเลกุลที่สามารถลดขนาดกลับด้านเพื่อดูดซับอิเล็กตรอนได้
แม้ว่าที่จริงแล้วโมเลกุลดังกล่าวจะถูกสร้างขึ้นโดยวงแหวนคาร์บอนที่มีการคอนจูเกต แต่อิเล็กตรอนในโอกาสนี้ไม่ได้แยกส่วนออกจากกัน ซึ่งโมเลกุลที่เหมือนกันเหล่านี้เป็นโมเลกุลที่ไม่มีคุณสมบัติของ superomaticity โมเลกุลเดียวกันนี้มีความต้านทานแรงดึงสูงมาก และเป็นโมเลกุลที่ฟื้นสภาพเดิมหลังจากถูกกดดันบรรยากาศมากกว่า 3 ครั้ง
เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของ allotrope ของคาร์บอนดังกล่าว จึงมีการใช้งานในระดับหนึ่ง เนื่องจากสัมพัทธภาพกับความง่ายในการสังเคราะห์ จึงเรียกว่า ฟูลเลอรีน C60 มันยังคงได้รับความนิยมอย่างมากและมีการวิจัยจำนวนมากสำหรับการใช้งานในระดับที่สูงขึ้น
ฟูลเลอรีน C60 ประกอบด้วยคาร์บอนประมาณ 60 คาร์บอนในจุดยอด 60 จุด ซึ่งเป็นจุดยอดที่สร้างโครงสร้างทรงกลม ประกอบด้วยวงแหวนประมาณ 12 วงซึ่งเป็นรูปหกเหลี่ยมซึ่งมักจะอยู่ติดกัน วงแหวนดังกล่าวกำลังถูกคอนจูเกตด้วยพันธะคู่
ความยาวจุดเชื่อมต่อ CC สำหรับวงแหวนหกเหลี่ยมโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1,40 A° และประมาณ 1,46 A° สำหรับวงแหวนห้าเหลี่ยม โดยมีระดับความยาวจุดเชื่อมต่อเฉลี่ยเท่ากับ 1,44 A°
ประเภทของฟูลเลอรีน
Fullerenes มีโครงสร้างที่หลากหลาย และมีความก้าวหน้าที่ยอดเยี่ยมในปี 1985 สิ่งเหล่านี้ที่เราจะอธิบายคือตัวอย่างบางส่วนของประเภทของ Fullerenes ที่ทำงานได้ดี:
ท่อนาโนหรือฟูลเลอรีนทรงกระบอก
สิ่งเหล่านี้มีรูปร่างกลวงขนาดที่ย่อเล็กสุด ท่อนาโนที่พบว่าทำมาจากคาร์บอนโดยทั่วไปจะมีความกว้างและสามารถแยกความแตกต่างจากความยาวไม่กี่นาโนเมตรไปจนถึงหลายมิลลิเมตร (มิลลิเมตร) มีปลายปิดหนึ่งด้านและปลายเปิดหนึ่งด้าน
อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เป็นอุตสาหกรรมที่ใช้ท่อนาโนคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ อีกด้านเป็นเทคโนโลยีอวกาศเพื่อผลิตสายเคเบิลคาร์บอนที่มีความต้านทานสูงซึ่งจำเป็นสำหรับลิฟต์อวกาศและเคสยานอวกาศ แบตเตอรี่กระดาษ
พวงของบัคกี้บอล
นี่คือฟูลเลอรีนขั้นต่ำที่พบในธรรมชาติ สมาชิกที่เล็กที่สุดของนี่คือ dodecahedron และส่วนใหญ่ประกอบด้วย C60 ซึ่งเป็น icosahedron ที่คล้ายกับลูกฟุตบอลประกอบด้วยประมาณ 20 รูปหกเหลี่ยมและ 12 รูปห้าเหลี่ยม ฟูลเลอรีนขนาดเล็กมีความสำคัญอย่างยิ่งในแง่ของการเกิดขึ้นตามธรรมชาติ และสามารถพบได้ในเขม่าหรือแม้แต่ถ่านหิน
The Megatubes
ตามชื่อของมัน นี่คือ Mega ซึ่งหมายถึงขนาดใหญ่ พวกมันมีท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าในกรณีของท่อนาโนมาก ผนังของเมกะทิวบ์กำลังเตรียมที่มีความหนาต่างกัน โดยทั่วไปแล้วหลอดประเภทดังกล่าวจะใช้ในการขนส่งโมเลกุลต่างๆ ที่มีมิติต่างกัน
โพลีเมอร์
สิ่งเหล่านี้เรียกว่าโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมีโควาเลนต์ โพลีเมอร์ที่เรียกว่าถูกสร้างขึ้นโดยโซ่คาร์บอนเป็นหลัก ภายใต้แรงดันสูงและที่อุณหภูมิสูง พวกมันมักจะก่อตัวเป็นพอลิเมอร์สองมิติและโพลีเมอร์สามมิติเช่นกัน
นาโน-หัวหอม
ประกอบด้วยรูปทรงบัคกี้บอลที่เป็นของแข็ง โดยมีอนุภาครูปทรงกลมซึ่งยึดตามคาร์บอนหลายชั้น
The “Ball and Chain” Dimers United
นี่คือบัคกี้บอลสองลูกที่ถูกมัดด้วยโซ่คาร์บอนเส้นเดียว
The Fullerene Rings
ฟูลเลอรีนชนิดสุดท้ายที่ยังอธิบายไม่ได้คือฟูลเลอรีนริงส์ อย่างไรก็ตาม ไม่มีข้อมูลมากนักเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้ มีเพียงวงแหวนหรือวงแหวนของบัคกี้บอลฟูลเลอรีนเท่านั้น
การใช้ฟูลเลอรีน – การใช้งาน
ด้วยจุดเริ่มต้นของสิ่งที่เรียกว่า "นาโนเทคโนโลยี" สิ่งต่าง ๆ ได้ถูกนำเสนอไปทั่วโลก Fullerenes ที่เรียกว่าเป็นสิ่งที่ได้รับความสนใจหลักในด้านนาโนเทคโนโลยี องค์กรอวกาศที่ยิ่งใหญ่ชื่อ NASA ร่วมกับ Lynn Becker นักธรณีวิทยาชื่อดัง ได้ค้นพบฟูลเลอรีนที่สร้างขึ้นตามธรรมชาติ
เนื่องจากเคมีที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะในวัสดุศาสตร์ นักวิจัยที่ยอดเยี่ยมจึงสามารถค้นพบการใช้งานต่างๆ ของฟูลเลอรีน ซึ่งรวมถึงการใช้งานทางการแพทย์ เส้นใยแก้วนำแสง และ ตัวนำยิ่งยวด.
สารต้านอนุมูลอิสระ
ฟุลเลอรีนเป็นผู้ผลิตสารต้านอนุมูลอิสระที่ดีเยี่ยม คุณสมบัติประเภทนี้สามารถนำมาประกอบกับพันธะคู่คอนจูเกตจำนวนหนึ่งที่พวกมันมี และยังสัมพันธ์กับความสัมพันธ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สูงมากของโมเลกุลดังกล่าว เนื่องจากพลังงานของวงโคจรของโมเลกุลซึ่ง ต่ำและไม่ว่าง ฟูลเลอรีนสามารถทำปฏิกิริยากับอนุมูลลูกโซ่ได้นานก่อนที่จะถูกบริโภค
ยาต้านไวรัส
Fullerenes ได้รับความสนใจอยู่เสมอเนื่องจากความแข็งแกร่งของพวกมันในฐานะตัวแทนต้านไวรัสที่ดีเยี่ยม บางทีรูปลักษณ์ของมันอาจดูน่าตื่นเต้นกว่ามากในเรื่องนี้ ซึ่งอาจเนื่องมาจากความสามารถในการกำจัดการจำลองแบบของไวรัสภูมิคุ้มกันบกพร่องของมนุษย์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "เอชไอวี" และด้วยเหตุนี้จึงช่วยชะลอการมีอยู่ของโรคภูมิคุ้มกันบกพร่องที่รู้จัก โดยใช้อักษรย่อว่า "AIDS"
มีการตั้งข้อสังเกตว่า dendrofellerene 1 และอนุพันธ์ของ 2 ซึ่งเป็นทรานส์ไอโซเมอร์ เป็นสารที่ยับยั้งคลาสโปรตีเอสของไวรัส HIV และดังนั้นจึงป้องกันการจำลองของ HIV 1 เอง
การนำส่งยาและการนำส่งยีน
การบริหารยาจะกลายเป็นการขนส่งสารประกอบทางเภสัชกรรมชนิดหนึ่งไปยังบริเวณที่ออกฤทธิ์ในขณะที่การบริหารยีนประกอบด้วยการนำ DNA แปลกปลอมเข้ามาภายในเซลล์เพื่อให้สามารถผลิตยาได้ชนิดผลที่ต้องการ
ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการส่งมอบโมเลกุลเหล่านี้ด้วยความปลอดภัยและประสิทธิภาพสูงสุด ฟูลเลอรีนเป็นกลุ่มของพาหะอนินทรีย์ คลาสของโมเลกุลเหล่านี้มักได้รับการสนับสนุน เพราะพวกเขาแสดงให้เห็นความเข้ากันได้ที่ดีเยี่ยม รวมถึงการเลือกสรรที่สูงกว่า พวกมันคงไว้ซึ่งกิจกรรมทางชีวภาพ และพวกมันมีขนาดเล็กที่สุดที่จะขยายออกได้ .
สารไวแสงในการบำบัดด้วยโฟโตไดนามิก
การบำบัดด้วยโฟโตไดนามิกที่รู้จักกันในชื่อย่อ "PDT" ประกอบด้วยรูปแบบของการบำบัดที่ใช้สารประกอบชนิดหนึ่งที่ไวต่อแสงและไม่เป็นพิษ เมื่อวางในแสงแล้วจะกลายเป็นพิษ ใช้รักษาเซลล์มะเร็งหรือเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงไป โดยทั่วไปจะใช้ฟูลเลอรีนสำหรับสารประกอบเหล่านี้
ในแว่นตานิรภัย
ฟูลเลอรีนมีคุณสมบัติทางแสงที่จำกัด นี่หมายถึงความสามารถในการลดการส่งผ่านของแสงที่ตกกระทบ โมเลกุลดังกล่าวสามารถใช้เป็นตัวจำกัดแสงชนิดหนึ่งที่ใช้ในแว่นตาหรือเลนส์ป้องกันและเซนเซอร์
ฟูลเลอรีน พร็อพเพอร์ตี้
เราจะนำเสนอคุณสมบัติหลักของ Fullenero ในระดับกายภาพคืออะไร
คุณสมบัติทางกายภาพของ ฟูลเลอรีน C60
- ความหนาแน่น: คือ 1,65 g cm-3
- ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัว: มันคือ 9,08 kcal mol-1
- ดัชนีหักเห: มันคือ 2,2 (600nm)
- จุดเดือด: มันประเสริฐที่ 800 K
- ความต้านทาน: ประมาณ 1014 โอห์ม m-1
- ความหนาแน่นของไอ: N / A
- รูปร่างคริสตัล: N / A
- ความดันไอหกเหลี่ยมลูกบาศก์: 5 x 10-6 torr ที่อุณหภูมิห้อง : 8 x 10-4 torrential ที่ 800 K
- คุณสมบัติทางประสาทสัมผัส: มีลักษณะเป็นเขม่าบอลลูน: ผงสีดำแบ่งอย่างประณีตมาก
- ฟูลเลอร์ไรต์: แป้งสีน้ำตาล/ดำ
- C60: สีดำสนิท
- กลิ่น: ห้องน้ำ
ฟูลเลอรีนในอวกาศ
ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ฟูลเลอรีนมักจะก่อตัวเป็น "ม้วน" ในแผ่นกราไฟต์และเพิ่มอนุภาครูปห้าเหลี่ยมบางส่วนเพื่อให้ได้ส่วนโค้ง หากแผ่นรีดเป็นทรงกระบอกเท่านั้นพวกเขาจะต้องปิดมุมด้วยซีกโลกโค้งด้วยรูปห้าเหลี่ยม สิ่งที่จะได้รับเป็นท่อนาโนคาร์บอน
อีกบทความที่แนะนำให้ศึกษาคือ ผลงานโดย Blaise Pascal ซึ่งมักจะมีประโยชน์สำหรับขั้นตอนขององค์ประกอบนี้ วัสดุประเภทนี้มักจะแตกต่างจากวัสดุประเภทฟูลเลอรีนอย่างมาก กล่าวโดยย่อ กับ Round Cages ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมาก