Hiilen nanovaahto

Hiilenanofoam  on allotrooppinen muunnos hiilestä , joka on pienin hiilinanoputkien ja -klustereiden verkosto.

Rakenne

Nanovaahto koostuu pienitiheyksisistä hiiliklustereista, jotka on kietoutunut epäsäännölliseen kolmiulotteiseen verkkoon, jonka jakso on 5,6 ± 0,4 Å [1] . Jokaisen klusterin halkaisija on noin 6 nm ja se sisältää noin 12 000 hiiliatomia [2] , jotka on yhdistetty grafiittimaisiin kerroksiin, joiden kaarevuus on negatiivinen kuusikulmaisen rakenteen seitsemänkulmaisten sulkeumien vuoksi. Tämä on päinvastainen fullereenien rakenteen kanssa, jossa hiilikerroksilla on positiivinen kaarevuus viisikulmaisten sulkeumien vuoksi. Hiilenanofoamin laajamittainen rakenne on samanlainen kuin aerogeeli , mutta sen tiheys on 100 kertaa pienempi kuin hiiliaerogeelin .

Vetypitoisuus on alle 100 ppm , muiden atomien kokonaispitoisuus alle 500 ppm ( mukaan lukien Fe + Ni , alle 110 ppm ) [ 2] .

Fysikaaliset ominaisuudet

Hiilivaahto on erittäin vaaleaa mustaa jauhetta. Nanovaahdon tiheys on noin 2÷10 mg/cm³ [1] . Tämä on yksi kevyimmistä kiintoaineista (vertailun vuoksi, ilman tiheys on 1,2÷1,3 mg/cm³) [3] .

Hiilinanovaahdon ominaisvastus on korkea, 10÷30 MΩ m (huoneenlämpötilassa) [1] , joka pienenee kuumentaessa, eli se on puolijohde [4] . Siten nanovaahdon sähkönjohtavuus on paljon pienempi kuin hiiliaerogeelin. Tämä johtuu siitä, että hiilinanovaahdossa on lukuisia parittomia elektroneja , joiden läsnäolo Rohde selitti sillä, että se sisältää hiiliatomeja kolmella sidoksella. Tämä määrittää nanovaahdon puolijohdeominaisuudet .

Hiilinanovaahdolla on vahvat paramagneettiset ominaisuudet , ja alle ~92 K:n ( Curie-piste ) lämpötiloissa siitä tulee ferromagneetti , jolla on kapea hystereesisilmukka . Kyllästyskenttä on 0,42 CGSM-yksikköä/g [4] . [2] [5] Siinä on "pysyvä" magneettinen momentti välittömästi valmistuksen jälkeen, mutta tämä tila kestää vain muutaman tunnin. Se on ainoa hiilen muoto, joka vetää puoleensa magneettia huoneenlämpötilassa [3] .

Löytöhistoria

Sen sai ensimmäisen kerran vuonna 1997 Australian , Kreikan ja Venäjän tutkijoiden ryhmä , joka työskenteli Australian kansallisessa yliopistossa Canberrassa Andrey Roden johdolla lasersäteilyn ja hiilen vuorovaikutuksen tutkimuksessa . Kokeessa käytettiin Nd:YAG-laseria , jonka pulssin toistotaajuus oli 10 kHz [1]

Haetaan

Hiilinanovaahtoa saadaan laserablaatiolla lasimaisesta hiilestä argonissa paineessa ~1÷100 Torr [1] [4] . Tässä tapauksessa hiili kuumennetaan 10 000 °C:seen ja jähmettyy nanovaahdon muodossa.

Sovellus

Erittäin pienen tiheyden (2÷10 mg/cm³) ja suuren pinta-alan (300÷400 m²/g) ansiosta hiilinanovaahtoa voidaan käyttää polttokennojen vedyn varastointiin [6] .

Nanovaahdon puolijohdeominaisuuksia voidaan hyödyntää elektroniikassa .

Nanovaahdon kemiallinen neutraalisuus ja kestävyys avaa laajat mahdollisuudet nanovaahdon käyttöön lääketieteessä:

• nanovaahdon magneettiset ominaisuudet mahdollistavat sen injektoinnin verenkiertoon ja veren virtauksen seuraamisen pienimmissä kapillaareissa magneettikuvauksen avulla ; [3]
• koska nanovaahto absorboi infrapunasäteilyä hyvin , tuomalla se kasvaimeen olisi mahdollista tuhota jälkimmäinen säteilyttämällä sitä infrapunavalolla, koska nanovaahto kuumenee paljon enemmän kuin viereiset terveet kudokset.

Linkit

• Tutkijat ovat luoneet uudenlaisen hiilen Arkistoitu 24. marraskuuta 2005 Wayback Machinessa  - Membrana.ru
• Hullu hiilinanovaahto rakastaa magneetteja - ABC Science Online

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 4 5 Rode, Andrei V.; et ai. Korkean pulssin laserablaatiolla muodostetun hiilivaahdon rakenneanalyysi  // Sovellettu fysiikka A  : Materiaalitiede ja prosessointi : päiväkirja. - 1999. - Voi. 69 , ei. 7 . - P. S755-S758 . - doi : 10.1007/s003390051522 .
2. ↑ 1 2 3 Rode, A.V.; et ai. Uusien hiiliallotrooppien magneettiset ominaisuudet // Hiilipohjainen magnetismi: yleiskatsaus metallittomien hiilipohjaisten yhdisteiden ja materiaalien magnetismiin  (englanniksi) / Makarova, Tatiana L.; Palacio, Fernando. - Amsterdam: Elsevier , 2006. - P. 463-482. — ISBN 0444519475 . Arkistoitu kopio (linkki ei saatavilla) . Käyttöpäivä: 4. syyskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 18. maaliskuuta 2012. (määrätön) 
3. ↑ 1 2 3 Phil Schewe , Ben Stein. Carbon Nanofoam on ensimmäinen puhdas hiilimagneetti  , American Institute of Physics (  26. maaliskuuta 2004). Haettu 10. syyskuuta 2010.
4. ↑ 1 2 3 Rode, A.V.; et ai. Epätavallinen magnetismi täyshiilen nanovaahdossa  (englanniksi)  // Physical Review B  : Journal. - 2004. - Voi. 70 . — P. 054407 . - doi : 10.1103/PhysRevB.70.054407 . Arkistoitu alkuperäisestä 20. heinäkuuta 2008.
5. ↑ Rode, A.V.; et ai. Korkean toistonopeuden laserablaatiolla tuotetun hiilinanovaahdon elektroniset ja magneettiset ominaisuudet  //  Applied Surface Science : Journal. - 2002. - Voi. 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. Hiilinanovaahto mahdollisena vedyn varastointimateriaalina   // Physica Status Solidi (b ) : päiväkirja. - 2007. - marraskuu ( osa 244 , nro 11 ). - P. 4308-4310 . - doi : 10.1016/S0169-4332(02)00433-6 .