Uhlíková nanopěna

Uhlíková nanopěna  je alotropní modifikace uhlíku , což je nejmenší síť uhlíkových nanotrubic a shluků.

Struktura

Nanopěna se skládá z uhlíkových shluků s nízkou hustotou navlečených na nepravidelné trojrozměrné mřížce s periodou 5,6 ± 0,4 Å [1] . Každý shluk má průměr asi 6 nm a obsahuje asi 12 000 atomů uhlíku [2] spojených do vrstev podobných grafitu s negativním zakřivením v důsledku sedmiúhelníkových inkluzí v hexagonální struktuře. To je opak struktury fullerenů, ve kterých mají uhlíkové vrstvy kladné zakřivení v důsledku pětiúhelníkových inkluzí. Velkoplošná struktura uhlíkové nanopěny je podobná aerogelu , ale jeho hustota je 100krát menší než u uhlíkového aerogelu .

Obsah vodíku je menší než 100 ppm , celkový obsah ostatních atomů je menší než 500 ppm ( včetně Fe + Ni méně než 110 ppm ) [ 2] .

Fyzikální vlastnosti

Uhlíková pěna je velmi lehký černý prášek. Hustota nanopěny je asi 2÷10 mg/cm³ [1] . Jedná se o jednu z nejlehčích pevných látek (pro srovnání, hustota vzduchu je 1,2÷1,3 mg/cm³) [3] .

Uhlíková nanopěna má vysoký měrný odpor 10÷30 MΩ m (při pokojové teplotě) [1] , který se zahříváním snižuje, jedná se tedy o polovodič [4] . Elektrická vodivost nanopěny je tedy mnohem nižší než u uhlíkového aerogelu. To je způsobeno skutečností, že uhlíková nanopěna má četné nepárové elektrony , jejichž přítomnost Rohde vysvětlil tím, že obsahuje atomy uhlíku se třemi vazbami. To určuje polovodičové vlastnosti nanopěny.

Uhlíková nanopěna má silné paramagnetické vlastnosti a při teplotách pod ~ 92 K ( Curieův bod ) se stává feromagnetem s úzkou hysterezní smyčkou . Saturační pole je 0,42 jednotek CGSM/g [4] . [2] [5] Ihned po výrobě má „permanentní“ magnetický moment, ale tento stav trvá jen několik hodin. Je to jediná forma uhlíku, která je přitahována k magnetu při pokojové teplotě [3] .

Historie objevů

Poprvé byl získán v roce 1997 skupinou vědců z Austrálie , Řecka a Ruska , kteří pracovali na Australské národní univerzitě v Canbeře pod vedením Andrey Rode při studiu interakce laserového záření s uhlíkem. Experiment používal Nd:YAG laser s frekvencí opakování pulsů 10 kHz [1]

Získání

Uhlíková nanopěna se získává laserovou ablací skelného uhlíku v argonu při tlaku ~1÷100 Torr [1] [4] . V tomto případě se uhlík zahřeje na 10 000 °C a ztuhne ve formě nanopěny.

Aplikace

Díky velmi nízké hustotě (2÷10 mg/cm³) a velkému povrchu (300÷400 m²/g) lze uhlíkovou nanopěnu použít pro skladování vodíku v palivových článcích [6] .

Polovodičové vlastnosti nanopěny lze využít v elektronice .

Chemická neutralita a odolnost nanopěny otevírá široké možnosti využití nanopěny v medicíně:

• magnetické vlastnosti nanopěny umožňují její vstřikování do krevního řečiště a sledování průtoku krve v nejmenších kapilárách pomocí magnetické rezonance ; [3]
• protože nanopěna dobře absorbuje infračervené záření , pak by jeho zavedením do nádoru bylo možné zničit jeho ozářením infračerveným světlem, protože nanopěna by se zahřívala mnohem více než sousední zdravé tkáně.

Odkazy

• Vědci vytvořili novou formu uhlíku Archivováno 24. listopadu 2005 na Wayback Machine  - Membrana.ru
• Bláznivá uhlíková nanopěna miluje magnety - ABC Science Online

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 4 5 Rode, Andrej V.; a kol. Strukturální analýza uhlíkové pěny vytvořené laserovou ablací s vysokou pulzní frekvencí  // Applied Physics A  : Materials Science & Processing : deník. - 1999. - Sv. 69 , č. 7 . - S. S755-S758 . - doi : 10.1007/s003390051522 .
2. ↑ 1 2 3 Rode, A.V.; a kol. Magnetické vlastnosti nových uhlíkových allotropů // Magnetismus na bázi uhlíku: přehled magnetismu sloučenin a materiálů na bázi uhlíku bez obsahu kovů  (anglicky) / Makarova, Tatiana L.; Palacio, Fernando. - Amsterdam: Elsevier , 2006. - S. 463-482. — ISBN 0444519475 . Archivovaná kopie (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 4. září 2010. Archivováno z originálu 18. března 2012. (neurčitý) 
3. ↑ 1 2 3 Phil Schewe , Ben Stein. Carbon Nanofoam je prvním magnetem z čistého uhlíku  , American Institute of Physics (  26. března 2004). Staženo 10. září 2010.
4. ↑ 1 2 3 Rode, A.V.; a kol. Nekonvenční magnetismus v celouhlíkové nanopěně  (anglicky)  // Physical Review B  : journal. - 2004. - Sv. 70 . — S. 054407 . - doi : 10.1103/PhysRevB.70.054407 . Archivováno z originálu 20. července 2008.
5. ↑ Rode, A.V.; a kol. Elektronické a magnetické vlastnosti uhlíkové nanopěny vyrobené laserovou ablací s vysokou opakovací frekvencí  //  Applied Surface Science: časopis. - 2002. - Sv. 197-198 . - S. 644-649 . - doi : 10.1016/S0169-4332(02)00433-6 .
6. ↑ R. Blinc, D. Arčon, P. Umek, T. Apih, F. Milia, A. V. Rode. Uhlíková nanopěna jako potenciální materiál pro skladování vodíku   // Physica Status Solidi (b ) : deník. - 2007. - Listopad ( roč. 244 , č. 11 ). - S. 4308-4310 . - doi : 10.1016/S0169-4332(02)00433-6 .