Fascynujące nanostruktury węglowe

Na podstawie wykładu dr hab. Andrzeja Huczko 1) O węglu wiemy stosunkowo mało. Każdy kto ma z chemią cokolwiek wspólnego doskonale wie, że węgiel ma symbol C ( od carbo). Jest pierwiastkiem chemicznym leżącym w 14 grupie 2 okresu. Znanych jest 12 izotopów węgla, w tym dwa trwałe. Od dawna naukowcy, światowej sławy chemicy badają alotropowe odmiany węgla. Należą do nich grafit, diament i fulereny. Różnią się one rozmieszczeniem atomów w sieci krystalicznej. Fulereny stosuje się jako wzmocnienie tworzyw. Alotropowe odmiany węgla stosuje się w medycynie (stomatologia), do wytwarzania aerozoli pochłaniających zapach ( np. tytoniu), produkcja kremów przeciw zmarszczkom, oraz w produktach typu rakiety tenisowe ( do wzmacniania ramy). Fuleren odkrył nieżyjący już niestety wybitny chemik, profesor Richard Smalley. W roku 1996 otrzymał za to spektakularne odkrycie Nagrodę Nobla. Warto wspomnieć, że współpracownikiem i ?współlaureatem? Nagrody Nobla był za odkrycie C60 Harold Kroto.
2) Nanostruktury: Nano - od gr. Nanos karzeł np. 10-9 m to nanometr. Nanostruktury, są to zatem mikroskopijne struktury. Dal porównania, są one o mniej więcej 3 razy mniejsze od bakterii. Skąd zainteresowanie nanotechnologią? Poszukiwanie ?nowego?; Nowe właściwości nanomateriałów; Rozwój technik badawczych na poziomie "nano"; Rozwój elektronizacji społeczeństwa; Współczesna elektronizacja opiera się na krzemie. Jego wadą jest słabe przewodnictwo cieplne. Budowane są coraz szybsze komputery, dlatego próbujemy odnaleźć alternatywę dla krzemu. Naukowcy wpadli na pomysł że mogą to być nanostruktury. 3) Kolejne osiągnięcie Kroto:Kosmochemia- za pomocą radioteleskopu możemy kontrolować promieniowanie. Kroto w swoim laboratorium badał łańcuchy węglowe, oraz widmo. Węgiel należy do pierwiastków najbardziej stałych, w 4,500 st. C przechodzi w gaz węglowy i zaczyna sublimować.4) Jan Czochralski ? polski chemik, metaloznawca. Znany z wynalezienie metody otrzymywania nanokryształów krzemu. Współcześnie metoda stosowana do produkcji mikroprocesorów. Zwana Metodą Czochralskiego.
5) Nanotechnologia ma 3500 lat. Szklarze z okresu osiemnastej dynastii Egipskiej potrafili uzyskać efekt opalizacji. Odkryto, że było to możliwe dzięki obecności nanokryształów Ca2Sb2O7. Efekt ten wynika z odbicia
i rozproszenia światła od nanostruktury. 6) Grafen- odmiana alotropowa węgla. Materiał ten jest około 100 razy twardszy od stali, nawet tych wykorzystywanych w zawieszeniu najnowszych samochodów. Może on być uważany za ostatni element szeregu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Dzięki temu, że grubość materiału wynosi równo jeden atom, taką formę możemy określić także, jako dwuwymiarową. Atomy węgla tworzą w nim siatkę przypominającą plaster miodu lub osłonę piłki nożnej. Grafen można uzyskać metodami mikro-mechanicznymi. Do niedawna najdroższy materiał na ziemi, zmienili to koreańscy badacze w 2009 r. Dzięki swoim cudownym właściwością takim jak bardzo dobre przewodnictwo prądu. Prawdopodobnie zastąpi on krzem w różnych częściach w komputerze, 7) Węgiel tworzy klastery. ( Najpierw Krzem naświetlano laserem, krzem parował, tworzył klastery, a potem mierzono wielkość klasterów. ) Dwaj Rosyjscy naukowcy postanowili zrobić to samo z węglem. Dlatego odkryli, że on także tworzy klastery. (Klaster = zgrupowanie przestrzenne lub powiązanie systemowe mniejszych obiektów w jeden większy.) Odkryto, że zlepek 60 atomów węgla jest niezwykle trwały. Atomy tworzą kształt piłki futbolowej.(forma bezpostaciowa węgla to sadza). 8) Grafit ? Każdy węgiel w graficie ma 3 wiązania równocenne. Diament- Każdy węgiel ma 2 wiązania równocenne. Płaszczyzny grafenu mogą układać się w różne kształty. Np. może się zwinąć? tworząc nanorurki węglowe.
CIEKAWOSTKI:
Czasopismo naukowe "Sience" w 2010 roku opublikował artykuł o istnieniu wielkich ilości fulerenu wokół planet. W trakcie tworzenia się sadzy, ok. 10% węgla tworzy fulereny. W fulerenach można "zamykać" różne atomy i cząsteczki.Nanorurki mają znakomite parametry fizyko ? chemiczne. Nanorurka jest 20 razy mocniejsza niż stal. Nie odnaleziono jeszcze modelu wzrostu nanorurek. W Chinach zastosowano na skalę masową nanorurki węglowe do produkcji ekranów dotykowych w smart fonach.
Aleksandra Anna Cedrowska, uczennica klasy 1G