Nanospumă de carbon

Nanospuma de carbon  este o modificare alotropică a carbonului , care este cea mai mică rețea de nanotuburi și clustere de carbon.

Structura

Nanospuma constă din grupuri de carbon cu densitate scăzută înșirate pe o grilă tridimensională neregulată cu o perioadă de 5,6 ± 0,4 Å [1] . Fiecare cluster are un diametru de aproximativ 6 nm și conține aproximativ 12.000 de atomi de carbon [2] conectați în straturi asemănătoare grafitului cu curbură negativă datorită incluziunilor heptagonale din structura hexagonală. Aceasta este opusă structurii fulerenelor, în care straturile de carbon au o curbură pozitivă datorită incluziunilor pentagonale. Structura pe scară largă a nanospumei de carbon este similară cu aerogelul , dar densitatea sa este de 100 de ori mai mică decât cea a aerogelului de carbon .

Conținutul de hidrogen este mai mic de 100 ppm , conținutul total al altor atomi este mai mic de 500 ppm ( inclusiv Fe + Ni , mai puțin de 110 ppm ) [ 2 ] .

Proprietăți fizice

Spuma de carbon este o pulbere neagră foarte ușoară. Densitatea nanospumei este de aproximativ 2÷10 mg/cm³ [1] . Acesta este unul dintre cele mai ușoare solide (pentru comparație, densitatea aerului este de 1,2÷1,3 mg/cm³) [3] .

Nanospuma de carbon are o rezistivitate mare de 10÷30 MΩ m (la temperatura camerei) [1] , care scade odata cu incalzirea, adica este semiconductor [4] . Astfel, conductivitatea electrică a nanospumei este mult mai mică decât cea a aerogelului de carbon. Acest lucru se datorează faptului că nanofuma de carbon are numeroși electroni nepereche , a căror prezență Rohde a explicat-o prin faptul că conține atomi de carbon cu trei legături. Aceasta determină proprietățile semiconductoare ale nanospumei.

Nanospuma de carbon are proprietăți paramagnetice puternice , iar la temperaturi sub ~92 K ( punctul Curie ) devine un feromagnet cu o buclă de histerezis îngustă . Câmpul de saturație este de 0,42 unități CGSM/g [4] . [2] [5] Are un moment magnetic „permanent” imediat după fabricare, dar această stare durează doar câteva ore. Este singura formă de carbon care este atrasă de un magnet la temperatura camerei [3] .

Istoricul descoperirilor

A fost obținut pentru prima dată în 1997 de un grup de oameni de știință din Australia , Grecia și Rusia , care au lucrat la Universitatea Națională Australiană din Canberra sub conducerea lui Andrey Rode în studiul interacțiunii radiației laser cu carbonul. Experimentul a folosit un laser Nd:YAG cu o rată de repetare a pulsului de 10 kHz [1]

Obținerea

Nanospuma de carbon se obține prin ablația cu laser a carbonului sticlos în argon la o presiune de ~1÷100 Torr [1] [4] . În acest caz, carbonul este încălzit la 10.000 °C și se solidifică sub formă de nanospumă.

Aplicație

Datorită densității foarte scăzute (2÷10 mg/cm³) și suprafeței mari (300÷400 m²/g), nanofuma de carbon poate fi utilizată pentru stocarea hidrogenului în celulele de combustie [6] .

Proprietățile semiconductoare ale nanospumei pot fi exploatate în electronică .

Neutralitatea chimică și rezistența nanospumei deschide posibilități largi de utilizare a nanospumei în medicină:

• proprietățile magnetice ale nanospumei fac posibilă injectarea acesteia în fluxul sanguin și monitorizarea fluxului de sânge în cele mai mici capilare folosind imagistica prin rezonanță magnetică ; [3]
• întrucât nanospuma absoarbe bine radiația infraroșie , atunci, prin introducerea acesteia în tumoră , ar fi posibilă distrugerea acesteia din urmă prin iradierea cu lumină infraroșie, deoarece nanospuma s-ar încălzi mult mai mult decât țesuturile sănătoase învecinate.

Link -uri

• Oamenii de știință au creat o nouă formă de carbon Arhivat 24 noiembrie 2005 la Wayback Machine  - Membrana.ru
• Nanospuma de carbon nebună iubește magneții - ABC Science Online

Note

1. ↑ 1 2 3 4 5 Rode, Andrei V.; et al. Analiza structurală a unei spume de carbon formată prin ablație cu laser cu frecvență ridicată a pulsului  // Fizica aplicată A  : Știința și prelucrarea materialelor : jurnal. - 1999. - Vol. 69 , nr. 7 . - P. S755-S758 . - doi : 10.1007/s003390051522 .
2. ↑ 1 2 3 Rode, A.V.; et al. Proprietăți magnetice ale noilor alotropi de carbon // Magnetism pe bază de carbon: o privire de ansamblu asupra magnetismului compușilor și materialelor pe bază de carbon fără metale  (engleză) / Makarova, Tatiana L.; Palacio, Fernando. - Amsterdam: Elsevier , 2006. - P. 463-482. — ISBN 0444519475 . Copie arhivată (link indisponibil) . Data accesului: 4 septembrie 2010. Arhivat din original la 18 martie 2012. (nedefinit) 
3. ↑ 1 2 3 Phil Schewe , Ben Stein. Carbon Nanofoam este primul magnet cu carbon pur  , Institutul American de Fizică (  26 martie 2004). Preluat la 10 septembrie 2010.
4. ↑ 1 2 3 Rode, A.V.; et al. Magnetism neconvențional în nanofoam complet de carbon  (engleză)  // Physical Review B  : jurnal. - 2004. - Vol. 70 . — P. 054407 . - doi : 10.1103/PhysRevB.70.054407 . Arhivat din original pe 20 iulie 2008.
5. ↑ Rode, A.V.; et al. Proprietăți electronice și magnetice ale nanospumei de carbon produse prin ablația cu laser cu rată mare de repetiție  //  Applied Surface Science : jurnal. - 2002. - Vol. 197-198 . - P. 644-649 . - doi : 10.1016/S0169-4332(02)00433-6 .
6. ↑ R. Blinc, D. Arčon, P. Umek, T. Apih, F. Milia, A. V. Rode. Nanospumă de carbon ca material potențial de stocare a hidrogenului   // Physica Status Solidi (b ) : jurnal. - 2007. - noiembrie ( vol. 244 , nr. 11 ). - P. 4308-4310 . - doi : 10.1016/S0169-4332(02)00433-6 .