Вуглецева нанопіна
Вуглеце́ва нанопі́на — алотропна модифікація вуглецю, що являє собою мікросітку з нанотрубок і кластерів.
Структура[ред. | ред. код]
Нанопіна складається з вуглецевих кластерів низької щільності, нанизаних на нерегулярну тривимірну сітку з періодом (5,6 ± 0,4) Å. Кожен кластер має діаметр близько 6 нм і містить порядку 12 000 атомів вуглецю[1], з'єднаних в графітоподібні шари, що мають негативну кривизну, завдяки семикутним включенням в шестикутну структуру. Це протилежно структурі фулеренів, у яких вуглецеві шари мають позитивну кривизну через п'ятикутних включень. Великомасштабна структура вуглецевої нанопіни подібна з аерогелем, але її густина в 100 разів менше густини вуглецевого аерогелю.
Вміст водню — менше 100 млн−1, сукупний вміст інших атомів — менше 500 млн −1 (в тому числі Fe+Ni — менше 110 млн−1).[1]
Фізичні властивості[ред. | ред. код]
Вуглецева піна являє собою дуже легкий порошок чорного кольору. Густина нанопіни — близько 2÷10 мг/см³. Це одна з найлегших твердих речовин (для порівняння густина повітря 1,2÷1,3 мг/см³).
Вуглецева нанопіна має великий питомий опір 10÷30 МОм·м (при кімнатній температурі), який зменшується з нагріванням, тобто вона є напівпровідником. Таким чином електропровідність нанопіни набагато менше, ніж у вуглецевого аерогелю. Це пов'язано з тим, що вуглецева нанопіна має численні неспарені електрони, наявність яких Роде пояснив тим, що в ній містяться атоми вуглецю з трьома зв'язками. Це обумовлює напівпровідникові властивості нанопіни.
Вуглецева нанопена володіє сильними парамагнітними властивостями, а при температурі нижче ~ 92 К (точка Кюрі) стає феромагнетиком з вузькою петлею гістерезису. Поле насичення — 0,42 СГСМ-од/г. Вона має «постійний» магнітний момент відразу після виготовлення, але цей стан зберігається лише протягом двох годин. Це єдина форма вуглецю, яка притягається до магніту при кімнатній температурі.
Історія відкриття[ред. | ред. код]
Вуглецеву нанопіну вперше отримала 1997 року група вчених з Австралії, Греції та Росії, яка працювала в Австралійському Національному університеті в Канберрі під керівництвом Андрія Роде, при дослідженні взаємодії лазерного випромінювання з вуглецем. У досліді використовувався Nd:YAG-лазер із частотою проходження імпульсів 10 кГц.
Одержання[ред. | ред. код]
Вуглецеву нанопіну отримують лазерною абляцією скловуглецю в середовищі аргону при тиску ~ 1÷100 Торр. При цьому вуглець нагрівається до 10 000 °C і застигає у формі нанопіни.
Застосування[ред. | ред. код]
Завдяки дуже маленькій густині (2÷10 мг/см³) і великій площі поверхні (300÷400 м²/г), вуглецева нанопіна може бути використана для зберігання водню в паливних комірках.[2]
Напівпровідникові властивості нанопіни можуть бути використані в електроніці.
Хімічна нейтральність і стійкість нанопіни відкриває широкі можливості її застосування в медицині:
- Магнітні властивості нанопіни дозволяють вводити її в кровотік і відстежувати перебіг крові в найдрібніших капілярах за допомогою магнітно-резонансної томографії;
- Оскільки нанопіна добре поглинає інфрачервоне випромінювання, то ввівши її в пухлину, можна було б знищити останню, опромінюючи інфрачервоним світлом, оскільки нанопіна нагрівалася б набагато сильніше, ніж сусідні, здорові тканини.
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ а б Rode, A. V.; et al. (2006). Magnetic properties of novel carbon allotropes. У Makarova, Tatiana L.; Palacio, Fernando (ред.). Carbon-based magnetism: an overview of the magnetism of metal free carbon-based compounds and materials (PDF). Amsterdam: Elsevier. с. 463—482. ISBN 0444519475. Архів оригіналу (PDF) за 18 березня 2012. Процитовано 6 вересня 2012.
- ↑ R. Blinc, D. Arčon, P. Umek, T. Apih, F. Milia, A. V. Rode. Carbon nanofoam as a potential hydrogen storage material//Physica Status Solidi. volume 244. pages 4308-4310. Архів оригіналу за 8 червня 2015. Процитовано 6 вересня 2012.
Інтернет-ресурси[ред. | ред. код]
- Учёные создали новую форму углерода [Архівовано 24 листопада 2005 у Wayback Machine.] — Membrana.ru
- Crazy carbon nanofoam loves magnets [Архівовано 14 квітня 2014 у Wayback Machine.] — ABC Science Online
| ||||||||||||||||||||