X
تبلیغات
شیمی برای همه - فولرن باکی بال .

فولرن باکی بال

فولرن باکی بال
کربن چهارمین عنصر فراوان در جهان است و در بین تمامی عناصر، نقش بسیار مهمی در تحقیقات فناوری نانو و کاربردهای متصور برای آن داشته است. قبل از بررسی نانوساختارهای کربنی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کربن در حالت حجیم را بررسی می کنیم.
عنصر کربن(C) در بسیاری از ترکیبات مختلف وجود دارد. در غذا، مداد، خودکار یا کاغذی که می نویسیم و حتی در سوخت و لباس همه ما کربن وجود دارد. کربن نقش مهمی در شیمی حیات دارد؛ نافلزی است که به طور طبیعی در تمامی سلولهای جانداران وجود دارد. عدد اتمی6 و جرم اتمی12 دارد. 19درصد وزن بدن انسان را تشکیل داده و بخش مهمی از پروتئینها، کربوهیدراتها، چربیها و اسیدهای نوکلئیک می باشد. کربن به همراه اتم هیدروژن عنصر اصلی تمام سوختهای فسیلی، زغال، نفت و گاز طبیعی است.
کربن در مواد مصنوعی مانند کامپوزیتها به صورت الیاف کربن یا الیاف شیشه، به عنوان تقویت کننده استفاده می شود. مواد مرکب کربن سبک و مستحکم اند و کاربردهای وسیعی در زمینه هوافضا و خودروسازی دارند. از الیاف کربن در قایق های بادبانی و دوچرخه های پیشرفته استفاده می شود. کربن در کالاهای مصرفی مانند کامپیوترهای لپ تاپ، چوبهای ماهیگیری و راکتهای تنیس نیز استفاده می شود.
آلوتروپهای (اشکال) متنوعی از کربن وجود دارد که در خواص، نانوساختار (ساختار مولکولی) و کاربردها تفاوت بسیار زیادی با هم دارند. این اشکال شامل حالتهای بی ریخت(آمورف)، گرافیت، الماس و فولرین هستند.

ساختار های معمول اتم کربن شامل گرافیت و الماس


به ساختار غیرمنظم یا غیرکریستالی ساختار آمورف اطلاق می شود. مثلاً دوده، کربن آمورفی به شکل یک پودر سیاه رنگ است که از سوخت ناقص حاصل می گردد. شیشه، زمرد، واکس، لاستیک و پلاستیک ها نمونه های دیگری از مواد بی شکل هستند. کربن آمورف در شهابها نیز مشاهده شده است. سایر ساختارهای کربن اشکال کریستالی و خواص مشخصی دارند. گرافیت با رس ترکیب می شود و به عنوان نوک در مداد استفاده می شود. الماس برای اهداف تجملاتی و یا در نوک مته ها به کار می رود. درصد کمی کربن آهن را به فولاد تبدیل می-کند. کربن گرافیتی در یک حالت ترد به صورت زغال برای پختن غذا، گریم و ... استفاده می شود. کربن بخشی از ترکیب باروت نیز است. همچنین قرص های زغال در پزشکی برای جذب سموم و زهر از سیستم گوارشی استفاده می شوند.

گرافیت


گرافیت یک کانی بسیار نرم شامل پیوندهای ضعیف اتمهای کربن در دو بعد و درست شبیه به یک صفحه صاف است. ساختار تخت و صفحه ای گرافیت آن را به یک روان کننده طبیعی عالی تبدیل کرده است، چون به ورقهای نانومتری اجازه می دهد که به راحتی روی هم بلغزند. اگر چه گرافیت نرم است، اما استحکام گرافیت و قابلیت آن در انتقال الکتریسیته این ماده را در فناوری نانو برجسته کرده است. دو دسته از گرافیتهای طبیعی و مصنوعی وجود دارند. کانیهای طبیعی گرافیت در پوسته زمین یافت می شوند و گرافیت مصنوعی از کُک نفت تولید می شود. گرافیت در کنار مدادسازی، برای ساخت بوته(ظرف مخصوص ذوب فلز) و قالب ها و ملاقه های حمل مواد مذاب استفاده می شود. مصرف عمده گرافیت به عنوان ماده الکتریکی در ساخت قطعات کربنی در موتورهای الکتریکی است. گرافیت بسیار خالص به مقدار زیاد در تولید میله های هدایتگر در راکتور هسته ای استفاده می شود. از گرافیت در کاربردهای فضایی، باتریها، قطعات کربنی و الکترودهای گرافیتی در کوره های قوس الکتریکی فرایندهای فولادسازی نیز استفاده می گردد.

الماس


ساختار دیگر کربن یعنی الماس از سخت ترین مواد طبیعی شناخته شده است. الماس اتمهای کربنی دارد که به شکل سه بعدی آرایش یافته اند. این ساختار الماس را به ماده بسیار سخت و مناسب برای فرآیندهای برش و سنگ زنی فلزات و سایر مواد تبدیل کرده است. برخلاف گرافیت، الماس رسانای خوبی برای الکتریسیته نیست، اما رسانای خوب حرارت است. کاربرد الماس در محصولات مختلفی شامل دیودهای لیزری و ابزارهای مایکروویو کوچک، پایه مدارهای مجتمع و صفحات مدار است. الماس در حال حاضر به عنوان بخشی از پوشش محافظ در محیط کاری خطرناک استفاده می شود. الماس خصوصیات مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی قابل توجهی دارد. ضریب اصطکاک کم، رسانایی حرارتی بالا، مقاومت الکتریکی بالا، ضریب انبساط حرارتی کم برخی از این خصوصیات به شمار می روند.

فولرین

فولرين شکل آلوتروپی سوم مواد کربنی بعد از گرافیت و الماس است. فولرين نام عمومي براي يك دسته از مولكول‌ها است كه بـر پايـه‌ كربن خالص شکل گرفته اند و نخستین بار از طريق طيف سنجی شناخته شدند. شکل آنها ممکن است کروی، بیضوی یا استوانه باشد و از مولکول آب بزرگتر هستند. يك فولرین باکی بال مولكولي است كه با استقرار 12پنج ضلعی و 20 شش ضلعی از اتمهای کربن کنار هم، مجموعاً از 60 اتم كربن درست شده است. هر اتم كربن مشابه گرافيت به سه اتم كربن مجاور متصل مي شود. بنابراين اتم هاي كربن در يك فولرین، كره بسيار كوچكي به قطر حدود يك نانومتر را مي سازد. به علت اين كه يكي از خصوصيات اتم هاي كربن امكان اتصال آنها به انواع اتمهاي ديگر است محققان ميتوانند از آنها براي خلق مولكولهاي مختلف استفاده كنند.

نمونه ساختارهايي از فولرين و باکی بال در وسط

خواص فولرينها
خانواده فولرین مولکولهای کربن، خواص منحصر به فردی دارد. استحکام کششی یک نانولوله فولرین 20 برابر فولاد پر استحکام و چگالي آن نصف آلومینیوم است. بنابراین از فولاد محکمتر و از آلومینیوم سبکتر است.
از زمان کشف فولرین ها دانشمندان کاربردهایی را برای این مولکولها کشف کرده اند. از این کاربردهای احتمالی ساخت کامپیوترها، سلول های سوختی و سنسورها را می توان نام برد.
بیشتر داروسازان به دنبال استفاده از فولرینها در دارو برای کنترل آسیبهای عصبی بیماری آلزایمر و ALS هستند. شرکتها در حال بررسی استفاده از فولرین در داروها برای تصلب شرایین و استفاده برای رفع بیماریهای رگ هستند. اعتقاد محققین بر این است که می¬توان از فولرین ها به عنوان اسفنجهایی استفاده کرد که می توانند گروههای شیمیایی خطرناک را از بافتهای آسیب داده مغز جدا کنند. اسفنج میتواند مواد شیمیایی خطرناک را متوقف کند. چنانچه حضور این مواد ادامه یابد، سلولهای عصبی را خراب می کند.
خاصيت روان‌سازي بالا به فولرین ها نسبت داده شده است. براي سطوحي که خيلي زبر نيستند، فولرين‌هاي پوست پيازي(فولرین های چند لایه) مناسب‌ترند. این به معنای کار راحتتر خودروها و اتلاف حرارت اصطکاکی کمتر و در نهایت مصرف سوخت کمتر است. مجموعه خواص زيست‌سازگاري، توانايي حمل مواد (دارو، فلزات مغناطيسي براي عکس‌برداري تشديد مغناطيسي) و امکان اتصال عوامل شيميايي به کربن در فولرین، ساخت انواع داروهاي هدفمند ضدسرطان را میسر می کند. استفاده از فولرین ها به عنوان نانوافزودني هاي سوخت و روغن باعث كاهش اصطكاك داخلي موتور، كاهش مصرف سوخت، كاهش ساييدگي موتور (مخصوصا هنگام استارت سرد موتور)، افزايش قدرت و بازدهي موتور، تميزی سيستم سوخت رساني وكاهش گازهاي آلاينده خروجي از موتور میشود. تحقیقات روی باکی بال ها، برای کپسول کردن مواد برای دارورسانی، روان-کننده ها و بخش انرژی ادامه دارد.

تصویر میکروسکوپ الکترونی از فولرین


نویسنده: میلاد صحاف نیا

.:: آخرین مطالب ::.

» چطور صفحه نمایش LCD کار می‌کند؟ ( پنجشنبه بیست و نهم اسفند 1392 )
» رتبه دانشگاههای ایران در کشور ( پنجشنبه هفدهم بهمن 1392 )
» استیک اسید ( یکشنبه سوم آذر 1392 )
» اسید آمینه ( سه شنبه شانزدهم مهر 1392 )
» شیشه ضد گلوله ( چهارشنبه بیست و هفتم شهریور 1392 )
» Gorilla Glass ( یکشنبه بیست و هفتم مرداد 1392 )
» چگونگی تهیه و تولید فولاد ( یکشنبه بیست و هفتم مرداد 1392 )
» اعداد کوانتمی ( سه شنبه هجدهم تیر 1392 )
» عطر ( یکشنبه بیست و ششم خرداد 1392 )
» آموزش تشخیص اسید یا باز بودن مواد ( سه شنبه سوم اردیبهشت 1392 )
» آب سخت ( پنجشنبه هشتم فروردین 1392 )
» دانلود سوالات امتحان نهایی(شیمی 3) ( یکشنبه ششم اسفند 1391 )