Вуглецева нанопіна

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

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 12000 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 / см ³ 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 магніт у при кімнатній температурі.

Історія відкриття[ред.ред. код]

Вуглецева нанопіна вперше отримана в 1997 р. групою вчених з Австралії, Греції і Росії, яка працювала в Австралійському Національному університеті в Канберрі під керівництвом Андрія Роде при дослідженні взаємодії лазерного випромінювання з вуглецем. У досвіді використовувався Nd:YAG-лазер з 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 10000 ° 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 застосування нанопіни 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 пухлина можна було б знищити останню, опромінюючи інфрачервоним світлом, оскільки нанопіна нагрівалася б набагато сильніше, ніж сусідні, здорові тканини.

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б Rode, A. V.; et al. (2006). «Magnetic properties of novel carbon allotropes». У Makarova, Tatiana L.; Palacio, Fernando. Carbon-based magnetism: an overview of the magnetism of metal free carbon-based compounds and materials. Amsterdam: Elsevier. с. 463–482. ISBN 0444519475. 
  2. 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

Інтернет-ресурси[ред.ред. код]