توپ سیاه نانومتری (2)

همان طور که در قسمت قبل گفتیم فولرین ها، اغلب به نوعی از ساختارهای کروی گفته می شود که از جنس کربن هستند، ولی امروزه از عناصر دیگر نظیر نیتروژن نیز در ساختار آنها استفاده شده است.دراین قسمت انواع فولرین ها وخواص آن ها را بررسی می کنیم .

انواع فولرین ها

فولرین‌های کربنی

فولرین‌های درون وجهی

فولرین‌های چند‌لایه

فولرین‌های غیرکربنی

فولرین‌های کربنی

در اوریل 2003 این نوع فولرین‌ها در زمینه دارویی مورد مطالعه قرار گرفتند (در خصوص آنتی بیوتیکهایی که برای مقابله با باکتریهای مقاوم و حتی سلولهای سرطانی مصرف می شود). فولرین‌ها فعالیت شیمیایی زیادی نداشته و در چندین حلال نظیر تولوئن و کربن دی سولفید حل می شوند.

 

فولرین‌های درون وجهی

فولرین‌های درون وجهی اتم‌های مختلف را داخل خود محصور می‌کنند، نانوساختارهای حاصله برای ردیابی عناصر و فرایندهای بیولوژیکی بکار می‌روند.

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

فولرین‌های چند‌لایه

فولرین‌های چند‌لایه شامل چندین فولرین هستند که در داخل یکدیگر قرار دارند. به همین دلیل به این ساختار نانوپیاز نیز گفته می‌شود.

 

فولرین‌های غیرکربنی

در فولرین‌های غیرکربنی، عناصر دیگر ساختاری مشابه فولرین‌هارا بوجود می‌آورند، ساختار شیمیایی این فولرین‌ها اغلب اکسید فلزی می‌باشد، اکسید وانادیوم یک نمونه از‌ آنهاست.

 

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

 

 

خواص فولرین ها

شکل زیبا و بی سابقهء فولرین ها و خواص شگفت انگیز این مولکول ها توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده است. پایدارترین و فراوان ترین فولرین ها انواع C60 و C70هستند. بنابراین بیشتر خواص ذکر شده در مورد فولرین ها نیز روی این دو نوع متمرکز شده است. فولرینها به شدت الکترون خواه هستند و به آسانی با هسته دوستها واکنش میدهند .

از واکنشهای آنهای میتوان:

1) واکنش افزایشی: تشکیل برون وجهی با افزایش هسته دوستها یا رادیکالها ، حلقه زایی ، و ایجاد کمپلکس با فلزات واسطه .

2) واکنشهای انتقال الکترون : کاهش شیمیایی فولرینها به راحتی بوسیله واکنش با فلزهای قلیایی و قلیایی خاکی الکتروپوزیتیو یا مولکولهای آلی اکترون دهنده امکان پذیر است،

3) تشکیل ناجور فولرینها : جانشین کردن اتمهایی مانند نیتروژن یا بور به جای اتم کربن در اسکلت فولرین

4) واکنشهای باز شدن حلقه : تولید یک حفره در اسکلت با شکستن تعداد مشخصی از پیوندها

5) تشکیل درون وجهی ها: وارد کردن و به تله انداختن اتمها در داخل قفس کروی شکل

نیمرسانایی با مقاومت الکتریکی بسیار بالاست ، اما با وارد کردن فلزات قلیایی ، قلیایی خاکی یا گونه های الکترون دهنده دیگر درون ، انتقال بار حاصل ، مقاومت الکتریکی را به شدت کاهش میدهد که در برخی موارد میتواند منجر به رسانایی فلزی شود .به این مواد متافولرینها گفته می شود .

نانو لوله های کربنی به دلیل داشتن قطر بسیار کوچک در حدود 0.7 نانومتر نخستین نمونه از استوانه های توخالی معروف به سیمهای کوانتومی هستند ، اینها هم به صورت فولرینهای تک لایه هم به صورت فولرینهای چند لایه تو در تو قابل تهیه اند .

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

محققان بر این باور هستند که می‌توان از فولرین ها به عنوان اسفنجی استفاده کرد که می تواند گروه های شیمیایی خطرناک را از بافت های آسیب داده مغز جدا کنند. چنین اسفنجی می تواند جلوی عبور مواد شیمیایی خطرناک را که قادرند. سلول های عصبی را خراب کنند، بگیرد.

به فولرین ها خاصیت روان‌سازی بالا نیز نسبت داده شده است. فولرین‌های پوست پیازی(فولرین های چند لایه) برای سطوحی که خیلی زیر نیستند مناسب‌ترند. این به معنای کار راحت تر خودروها و اتلاف حرارت اصطکاکی کمتر و در نهایت مصرف سوخت کمتر است.

مجموعه خواص زیست‌سازگاری، توانایی حمل مواد (دارو، فلزات مغناطیسی برای عکس‌برداری از بدن) و امکان اتصال عوامل شیمیایی به کربن در فولرین، ساخت انواع داروهای هدفمند ضدسرطان را میسر می کند.

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

با وارد کردن اتم ها در داخل فولرین مثل پتاسیم  و افزودن انواع گروه های سطحی شیمیایی در بیرون آن دسته وسیعی از کاربردها مانند روان سازها، ابررساناها، سوخت های راکت، لیزرها، باتری ها، لایه های مغناطیسی و داروهای سرطان و ایدز برای فولرین ها امکان پذیر است.

استفاده از فولرین ها به عنوان نانوافزودنی های سوخت و روغن باعث کاهش اصطکاک داخلی موتور، کاهش ساییدگی آن، کاهش مصرف سوخت، افزایش قدرت و بازدهی موتور، تمیزی سیستم سوخت رسانی و کاهش گازهای آلاینده خروجی از موتور خودرو می شود.

پیش از فولرین گرافیت هم در این کاربرد استفاده شده است. ورقه های گرافیتی پیوند ضعیفی با هم دارند و می توانند روی هم بلغزند. بنابراین موادی که شامل چنین صفحات لغزنده ای مانند گرافیت، فولرین یا مشابه آن هستند، روان سازی بیشتری دارند.

استفاده از فولرین ها به عنوان نانوافزودنی های سوخت و روغن باعث کاهش اصطکاک داخلی موتور، کاهش ساییدگی آن، کاهش مصرف سوخت، افزایش قدرت و بازدهی موتور، تمیزی سیستم سوخت رسانی و کاهش گازهای آلاینده خروجی از موتور خودرو می شود

خانواده اولین نانو مواد:گرافیت،الماس وفولرین

گاهی مواد معدنی تنها از یک عنصر تشکیل شده‏ اند و گاه چندین عنصر را در بردارند. زمین‏ شناسان در یک دسته بندی، تمام مواد معدنی را به زیرمجموعه های فلزی و غیرفلزی تقسیم می‏ کنند. از بین تمام عناصر 80 درصد آنها فلز هستند چنانچه از بین آنها طلا، نقره و مس را می شناسیم. همانطور که می‏دانیم کربن ماده تشکیل دهنده‏ گرافیت، الماس و فولرین است که عنصری غیرفلزی است. بنابراین سوالی پیش می ‏آید که فرق بین این سه ساختار چیست؟ با وجود اینکه همه این مواد از کربن ساخته شده‏اند ولی الماس اینچنین سخت است و گرافیت آنچنان نرم. بزرگترین تفاوت آن‏ها پیوند کربنی است. در الماس هر اتم کربن به 4 اتم کربن دیگر و در گرافیت هر اتم کربن به 3 اتم دیگر متصل است و در حلقه بنزنی هر 6 اتم یک حلقه را تشکیل دادند زیرا صفحات می‏توانند روی هم سر بخورند. به همین دلیل گرافیت لغزنده است.

,فناوری نانو،نانو تکنولوژی،مقالات نانو

فولرین‏ها مانند الماس‏ها و گرافیت‏ هستند، اما کمی بهتر. آنها چند خصوصیت از هر دو ساختار را دارند. از حدود سال 1990 تحقیقات در نحوه شباهت فولرین به سایر اشکال کربنی آغاز شد. فولرین هایی با 70 کربن (کمی بیضی شکل)، 80 فولرین (شبیه سوسیس) و حتی کربن های بیشتر کشف شدند. زمانی که اشکال و شباهت ها بیشتر می شد، دانشمندان دریافتند که انرژی الکترون و جریان الکتریکی در سطح مولکولی با شیوه‏ای متفاوت عمل می‏کنند..

 

نقشی که گرافیت و الماس به اجبار باید بازی می کردند، نمی توانست فولرین‏ها و بهتر از آنها را تغییر دهد. دستگاههای پیشرفته تر راه را برای خلاقیت های بعدی هموار کرده اند.

 

ادامه دارد...

مریم نایب زاده

بخش دانش وزندگی تبیان