Carbon nanoskum

Carbon nanoskum  er en allotrop modifikation af kulstof , som er det mindste netværk af kulstof nanorør og klynger.

Struktur

Nanoskummet består af kulstofklynger med lav densitet spændt på et uregelmæssigt tredimensionelt gitter med en periode på 5,6 ± 0,4 Å [1] . Hver klynge har en diameter på omkring 6 nm og indeholder omkring 12.000 carbonatomer [2] forbundet i grafitlignende lag med negativ krumning på grund af heptagonale indeslutninger i den sekskantede struktur. Dette er modsat strukturen af ​​fullerener, hvor kulstoflagene har en positiv krumning på grund af femkantede indeslutninger. Den store struktur af carbon nanoskum ligner aerogel , men dens tæthed er 100 gange mindre end carbon aerogel .

Brintindholdet er mindre end 100 ppm , det totale indhold af andre atomer er mindre end 500 ppm ( inklusive Fe + Ni , mindre end 110 ppm ) [ 2] .

Fysiske egenskaber

Carbonskum er et meget let sort pulver. Nanoskumtætheden er omkring 2÷10 mg/cm³ [1] . Dette er et af de letteste faste stoffer (til sammenligning er luftdensiteten 1,2÷1,3 mg/cm³) [3] .

Carbon nanoskum har en høj resistivitet på 10÷30 MΩ m (ved stuetemperatur) [1] , som aftager ved opvarmning, det vil sige, at det er en halvleder [4] . Således er nanoskummets elektriske ledningsevne meget lavere end kulstofaerogelens. Dette skyldes det faktum, at carbon nanoskum har talrige uparrede elektroner , hvis tilstedeværelse Rohde forklarede med det faktum, at det indeholder carbonatomer med tre bindinger. Dette bestemmer nanoskummets halvlederegenskaber .

Carbon nanoskum har stærke paramagnetiske egenskaber , og ved temperaturer under ~92 K ( Curie-punkt ) bliver det til en ferromagnet med en smal hysteresesløjfe . Mætningsfeltet er 0,42 CGSM-enheder/g [4] . [2] [5] Den har et "permanent" magnetisk moment umiddelbart efter fremstillingen, men denne tilstand varer kun i et par timer. Det er den eneste form for kulstof, der tiltrækkes af en magnet ved stuetemperatur [3] .

Opdagelseshistorie

Det blev først opnået i 1997 af en gruppe videnskabsmænd fra Australien , Grækenland og Rusland , som arbejdede ved Australian National University i Canberra under ledelse af Andrey Rode i studiet af interaktionen mellem laserstråling og kulstof. Forsøget brugte en Nd:YAG-laser med en pulsgentagelseshastighed på 10 kHz [1]

Henter

Carbon nanoskum opnås ved laserablation af glasagtig kulstof i argon ved et tryk på ~1÷100 Torr [1] [4] . I dette tilfælde opvarmes kulstof til 10.000 °C og størkner i form af nanoskum.

Ansøgning

På grund af meget lav densitet (2÷10 mg/cm³) og stort overfladeareal (300÷400 m²/g), kan kulstofnanoskum bruges til brintlagring i brændselsceller [6] .

Halvlederegenskaberne af nanoskummet kan udnyttes i elektronik .

Den kemiske neutralitet og resistens af nanoskum åbner store muligheder for at bruge nanoskum i medicin:

• de magnetiske egenskaber af nanoskum gør det muligt at injicere det i blodbanen og overvåge blodstrømmen i de mindste kapillærer ved hjælp af magnetisk resonansbilleddannelse ; [3]
• da nanoskum absorberer infrarød stråling godt , så ville det, ved at indføre det i tumoren , være muligt at ødelægge sidstnævnte ved at bestråle det med infrarødt lys, da nanoskummet ville opvarme meget mere end nærliggende sunde væv.

Links

• Forskere har skabt en ny form for kulstof Arkiveret 24. november 2005 på Wayback Machine  - Membrana.ru
• Crazy carbon nanofoam elsker magneter - ABC Science Online

Noter

1. ↑ 1 2 3 4 5 Rode, Andrei V.; et al. Strukturel analyse af et kulstofskum dannet ved laserablation med høj pulshastighed  // Anvendt fysik A  : Materialevidenskab og -bearbejdning : journal. - 1999. - Bd. 69 , nr. 7 . - P. S755-S758 . - doi : 10.1007/s003390051522 .
2. ↑ 1 2 3 Rode, A.V.; et al. Magnetiske egenskaber af nye carbon-allotroper // Carbon-baseret magnetisme: en oversigt over magnetismen af ​​metalfri carbon-baserede forbindelser og materialer  (engelsk) / Makarova, Tatiana L.; Palacio, Fernando. - Amsterdam: Elsevier , 2006. - S. 463-482. — ISBN 0444519475 . Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Dato for adgang: 4. september 2010. Arkiveret fra originalen den 18. marts 2012. (ubestemt) 
3. ↑ 1 2 3 Phil Schewe , Ben Stein. Carbon Nanofoam er den første Pure-Carbon Magnet  , American Institute of Physics (  26. marts 2004). Hentet 10. september 2010.
4. ↑ 1 2 3 Rode, A.V.; et al. Ukonventionel magnetisme i nanoskum udelukkende i kulstof  (engelsk)  // Physical Review B  : tidsskrift. - 2004. - Bd. 70 . — P. 054407 . - doi : 10.1103/PhysRevB.70.054407 . Arkiveret fra originalen den 20. juli 2008.
5. ↑ Rode, A.V.; et al. Elektroniske og magnetiske egenskaber af carbon nanoskum fremstillet ved laserablation med høj gentagelseshastighed  //  Applied Surface Science : journal. - 2002. - Bd. 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. Kulstof nanoskum som potentielt brintlagermateriale   // Physica Status Solidi (b ) : journal. - 2007. - November ( bind 244 , nr. 11 ). - P. 4308-4310 . - doi : 10.1016/S0169-4332(02)00433-6 .