Obtinerea Cnt Urilor Prin Metoda Descarcarii In Gaz la Presiuni Scazute Si Caracterizarea Acestora

Obținerea CNT-urilor prin metoda descarcării în gaz la presiuni scazute și caracterizarea acestora

Nanotehnologiile in societatea contemporană.

Introducere.

Conceptul de “nanotehnologie” a fost introdus de un anume fizician Richard Feynman prin discursul său numit “There is plenty of room at the bottom” la un meeting American pentru societatea de fizică la Caltech pe data de 29 decembrie 1959. El explică un procedeu prin care atomii individuali și moleculele ar putea fi gestionate folosind un set de instrumente exacte pentru a construi și utiliza un alt set de instrumente la scară mai mică, coborând pe această scară până la scara nano.In acest caz, coborârea pe aceasta scară va fi presărată cu probleme din cauza schimbării magnitudinii la diferite fenomene fizice cum ar fi greutatea care va deveni mai puțin importantă dar tensiunea superficială și atractia Van Der Waals vor fi luate în calcul mult mai serios ș.a.m.d.

Termenul de “nanotehnologie” a fost definit de profesorul Norio Taniguchi de la Universitatea de Stiință din Tokyo într-un document din anul 1974 în care el afirmă “Nanotehnologia constă în principal din prelucrarea, în separarea, consolidarea și deformarea materialelor prin un atom sau o moleculă.”

Nanotehnologiile semnifică ingineria la o scară extrem de mică. Acestea pot fi intensificate în variate domenii, cum ar fi sănătatea și medicina, energia și mediul care ne inconjoară, tehnologia informației și comunicațiile. Nanotehnologiile lucrează la nanoscară – scara moleculelor individuale.Este destul de posibil ca nanotehnologiile să fie aplicate pe scară vastă. Unii prevăd nașterea unor procesoare de calculatoare foarte mici sau a unor aparate minuscule care să descopere și să vindece arterele înrăutățite din corpul uman. Nanotehnologiile ne-ar putea prelungi viața, ar ajuta la îmbunătățirea multor tehnologii care există deja , ar putea crea o energie alternativă dar cu toate astea pe piață deja există circa 1000 de produse unde nanomaterialele dețin monopol.

Ce reprezintă un nanometru?

Un nanometru reprezintă a miliarda parte dintr-un metru, adică metri sau a milioana parte dintr-un milimetru. Spunând altfel: Un nanometru este mai mic decât o portocală la fel cum o portocală este mai mică decât planeta Pământ.Nanotehnologiile gestionează materiale cu dimensiuni în scara nanometrilor, aproximativ între 1 și 100 nm. Această scarã este denumită nanoscară.

Figure 1. Scala 1nm-portocală-Pământ.

Caracteristici speciale ale materialelor la nanoscarã.

Materialele pe care le știm la scarã nanometricã pot prezenta proprietăți noi. De pildă, menținerea sandvișurilor proaspete până la prânz cu o folie de aluminiu este o metodă folosită de majoritatea oamenilor. Dar dacă luați folia respectivă de aluminiu și o rupeți în fragmente din ce în ce mai mici, atunci când acestea devin excepțional de mici (de dimensiune nanometrică), se petrece ceva aparte – devin extrem de reactive.Explozive chiar! Prin urmare nanoparticulele de aluminiu sunt excelente la introducerea în combustibilul rachetelor, dar așa ceva nu doriți să intre în contact cu prânzul dumneavoastră!

Nanomateriale naturale.

Multiple ființe vii utilizează un fenomen care se leagă de grupări cu dimensiuni nanometrice. Astfel, o șopârlă gecko care umblă pe tavan, precum si fluturii care au culori vii, frunzele care nu se udă si panza de păianjen care este un material rezistent si flexibil, toate folosesc nanotehnologii naturale.Fenomenele naturale, cum ar fi eroziunea și erupțiile vulcanice crează nanoparticule, nu numai ființele vii. Combustia, în special, produce aceste nanomateriale naturale, ca urmare a unor tipuri de reacții chimice.Știm, în acelasi timp, că oamenii au fost deja expuși la unele tipuri de nanoparticule existente în unele bunuri pe care le consumăm.Cum ar fi, dioxidul de titaniu mineral care este utilizat ca înălbitor în pasta de dinți și în coloranții alimentari conținând o fracțiune de nanoparticule. Acestea nu sunt sintetice, ci fac parte din componența naturalã a mineralului având forma unor granule de nisip de diverse marimi.

Nanotehnologiile înseamnă ceva nou?

Cu toate că oamenii de știință au studiat materia la nanoscară timp de mulți ani, în fizică și chimie, in laboratorul IBM din Elvetia, în anii ‘80 s-au inventat generații noi de microscoape cu care s-a putut manipula și vizualiza direct atomii si moleculele. Acest lucru a deschis calea analizei sistematice a nanomaterialelor astfel realizând caracteristicile lor extraordinare cum ca ar putea fi utilizate pentru crearea unor materiale si dispozitive benefice lumii. În majoritatea cazurilor, nanomaterialele remarcate în natură sunt aplicate ca inspirație pentru proiectarea unora inovatoare! De aceea, mulți cercetători apreciază că nanoștiința nu este o revoluție, ci mai degrabă o evoluție a unor discipline științifice tradiționale, dar nanotehnologiile pot avea unele implicații care schimbă radical societatea noastră în ceea ce privește aplicațiile sau instrumentele a căror realizare o pot fructifica cu ușurință.

Cum ne pot schimba nanotehnologiile viața pe viitor?

Utilizarea dispozitivelor electronice a schimbat drastic viața noastră în ultimele decenii. Imaginați-vă doar cum au evoluat telefoanele mobile in ultimii 20 de ani.Rolul cel mai important în producerea unor dispozitive eficiente, multifuncționale si din ce în ce mai mici îl are nanotehnologia.Viața noastră s-ar putea schimba în viitor prin intermediul multor inovații tehnologice, cum ar fi :

Infiltrarea în sistemul circulator a unor medicamente ce se activează și controlează din exteriorul corpului uman fiind posibilă colectarea de date și transmiterea acestora catre medic pentru a modifica tratamentul(teranostică).

Dispozitive de marime nanometrică pentru transportarea medicamentelor și localizarea celulelor canceroase

„Desene” imprimate pe piele care monitorizează nivelurile de săruri și alți metaboliți și care să îi avertizeze pe sportivi sau diabetici.

Încălțăminte sau îmbrăcăminte cu senzori care să strângă date în timpul antrenamentelor.

Sisteme integrate colectoare de energie (în textile, încălțăminte etc.) care să colecteze energia solară și mecanică și să produca energie electrică încărcând dispozitivele electrice.

Panouri solare flexibile și transparente, incluse în ferestre, plăci ceramice etc., cu eficacitate marită a conversiei energiei solare.

Suprafețe și materiale textile care să scoată din atmosfera orașelor oxizii de azot și alte gaze din smog.

Detectarea prin ambalaje alimentare inteligente cu senzori, a modalitații folosite la transportarea produsului precum și detectarea contaminarii, care sunt prevăzute cu sistem de urmărire/comunicare care să avertizeze producătorul și comerciantul.

Nanotehnologia reprezintã un risc sănătății?

Există riscuri necunoscute care pot fi asociate oricărei tehnologii emergente în ceea ce privește sănătatea, atunci când ajunge întâia oara la consumatori. Ne-am putea gândi la tehnologia mobilă care a evoluat de-a lungul anilor, iar utilizarea telefoaneler mobile implică un risc de sănătate adus în prim-plan după mulți ani în care au fost folosite, neștiind nici acum mai nimic despre acest risc implicat. Mai multe organizații ale societății civile au adus în discuție siguranța nanotehnologiei, fiind în vizor de ani de zile, pe lângă Academiile Științifice Naționale care au subliniat probleme de sănătate și au desfășurat acțiuni pe lungă durată pentru asigurarea dezvoltării responsabile a nanotehnologiilor .Cu toate acestea telefoanele mobile sunt cele mai utilizate la ora actuală. Asigurând muncitorilor și consumatorilor un risc egal cu zero iar în paralel această tehnologie să progreseze este o dorință comună a experților. Riscurile existente ar putea fi materialele la nanoscară, acestea fiind microscopice, care dacă se infiltrează prin piele spulberând această barieră protectivă, ar putea răni oamenii, cauzând leziuni asupra corpului uman. Ca și exemplu au fost supuse unor analize cremele de protecție împotriva soarelui care conțin nanomateriale dar s-a demonstrat în urma analizelor științifice că nanoparticulele nu străpung pielea, adică până în zilele noastre nu s-a dovedit că anumite consumabile ce conțin materiale la scară nanometrică ar fi dăunătoare pentru consumatori. Cu toate acestea, investigarea nu v-a lua sfârșit deoarece trebuie inspectat și identificat orice este toxic în legătură cu nanomaterialele, în special la produsele care au contact direct cu corpul uman.

Există riscuri pentru mediul în care trăim?

Inevitabil la finalul vieții lor, produsele ajung deșeuri. Acestea fiind știute, locuitorii statului și cercetătorii se întreabă dacă materialele la nanoscară din produsele bazate pe nanotehnologie devin toxice la sfârșitul duratei de viață sau dacă aceste reziduuri ar emite toxicități intrând în contact cu animalele și plantele. Răspunsul la aceste întrebări destul de complicate necesită timp și muncă, de aceea nenumărate cercetări se fac pe tot globul. Mai apar întrebări asupra existenței problemelor de siguranță legate de spălarea hainelor care conțin nanomateriale. Neavând răspunsuri clare la aceste întrebări, este sprijinită necomercializarea bunurilor de consum care conțin materiale la scară nanometrică de către unele organizații ale societății civile. Fiind o sumedenie de nanoparticule naturale în mediul înconjurător, în poluare și în natură, alții afirmă cu tărie că deja coexistăm cu aceste materiale la nanoscară.Nanoparticulele sunt investigate de ceva timp iar acest domeniu de cercetare nu trebuie baricadat cu prea multe obstacole în fața dezvoltării acestuia.

Reglementări pentru nanotehnologii?

În prezent, nu există reglementări specifice ale CE privind nanomaterialele. Poziția oficială, după numeroase revizuiri și estimări, este aceea că nanomaterialele sunt bine controlate de reglementările curente. Nanomaterialele sunt tratate ca orice altă substanță chimică, substanță care trebuie să respecte un set de reglementări pentru a putea fi utilizată în bunurile de consum și în procesele industriale. Totuși, unele organizații ale societății civile solicită o reglementare specifică pentru nanomateriale, pe considerentul că nanomaterialele prezintă proprietăți speciale, care necesită o atenție specială. În stadiul actual, nu există o lege care să impună includerea pe eticheta unui produs a specificației privind conținutul de nanomateriale, cu excepția cosmeticelor și a produselor alimentare, care trebuie să menționeze acest lucru în lista de ingrediente.

Dezbatere priving nanotehnologiile.

Se discută mult despre potențialul tehnologic și economic pe care îl are Nanotehnologia pentru întreaga lume.Pe lângă acest lucru, se discută și despre țările care vor beneficia cel mai mult de pe urma revoluției Nanotech.De asemenea, există preocupări în ce privește riscurile pe care Nanotehnologia le-ar aduce oamenilor și mediului înconjurător.Oamenii sunt îngrijorați de faptul că Nanotehnologia ar putea crește decalajul dintre țările dezvoltate și cele în curs de dezvoltare.Până acum se pare că majoritatea aplicațiilor nanotehnologice chiar au o tendință occidentală, de ex. crema de protecție solară, echipamentele sportive și computerele.Cu toate acestea,această tendință va continua inevitabil.Aplicate corect, nanotehnologia ar putea aduce beneficii tuturor. În special în domenii ca : medicina,energia și resursele și tehnologia informației și comunicațiilor. Nanomedicina: de progresele din acest domeniu cu siguranță că ar putea beneficia toată lumea, atâta timp cât sunt diponibile tuturor. Progrese cum ar fi:

Medicamente specializate pentru o anumită afecțiune: capsule de mărime nanometrică care ajung direct la zona infectată a corpului,reducând efectele secundare nedorite.

Materiale biocompatibile: Suprafețe nano-structurate pe părți ale corpului care pot fi înlocuite. Acestea fac ca articulațiile șoldului sau valvele inimii să fie acceptate de către corp.

Senzori de mărimenanometrică: care ne pot analiza sângele pentru a descoperi virușii, cu rezultatele aproape imediat.Așa numitul ‘laborator-peun-cip’;acest dispozitiv minuscul ar putea fi util in special în țările în curs de dezvoltare pentru a se economisi timp și personal.

Material nanostructurat pentru regenerarea osoasă, tisulară și chiar nervoasă.

Există preocupări în ce privește acest tip de progrese medicale, deoarece acestea sunt disponibile doar țărilor dezvoltate sau oamenilor care își pot permite din punct de vedere financiar.Cu toate acestea, Nanotehnologiile au deseori avantajul de a fi relativ ieftin de fabricat, odată ce au fost proiectate.De exemplu, în India este în curs de elaborare o trusă de diagnostic pentru tuberculoză, bazată pe nanotehnologie, care este foarte eficientă și compactă, dar va costa in cele din urmă doar 30 de rupii (adică mai puțin de 1 $SUA.)

Descoperirile medicale sunt întotdeauna interesante, dar aduc și noi riscuri care trebuie identificate și gestionate.De exemplu, dispozitivele nano-medicale sunt de 100 până la 10.000 de ori mai mici decât celulele umane. Astfel că trebuie să știm cum se comportă în interiorul corpului,înainte să le putem utiliza în siguranță.Faptul că sunt atât de mici le conferă potențialul unic de a distribui tratament specializat. Dar trebuie să gestionăm acest potențial.

ENERGIA ȘI RESURSELE : schimbarea climei și diminuarea resurselor sunt preocupări globale. Nanotehnologia este deseori menționată ca fiind posibil să aibe soluțiile la unele din cele mai mari probleme ale lumii.

-Celule solare, care sunt mult mai mici, totuși mai eficiente și mai ieftin de fabricat. Ele ar putea face ca energia solară să fie o sursă de energie alternativă credibilă.

-Lumina: un bec Nanocrystal care ar folosi 100% din energia sa pentru iluminat,fără a degaja căldură.

-Nanotuburi de carbon :Sunt de 10 ori mai puternice decât oțelul și cântăresc de șase ori mai puțin, aceste tuburi minuscule ar putea revoluționa materialele pe care le folosim și energia pe care o consumăm.

-Apa: nanoparticule utilizate la îndepărtarea toxinelor din apă pentru a o face potabilă și la salvarea multor vieți.

Se speră că toată lumea va beneficia de pe urma răspunsurilor la problemele legate de energie. Cu toate acestea, există încă preocuparea potrivit căreia este posibil ca unele soluții nanotehnologice să fie adaptate mai mult nevoilor occidentale, soluții care au efect într-o societate deja dezvoltată care are infrastructură.O altă problemă este aceea a fabricării.Țările în curs de dezvoltare vor să se asigure că și ele devin producătoare de nanotehnologii, nu numai importatoare a tehnologiei de la țările dezvoltate.

Deșeurile trebuie să fie gestionate corect pentru a evita poluarea mediului înconjurător.Deșeurile produse prin nanotehnologii trebuie și ele gestionate, excepție făcând unele părți care sunt atât de mici încât nu pot fi eliminate prin metode convenționale.Trebuie să fie inventate noi metode de debarasare a deșeurilor, astfel încât să nu fie amenințat mediul înconjurător și nanotehnologia să se poată dezvolta în siguranță.

Tehnologia Informației și a Comunicațiilor.

Nanotehnologia creează microprocesoare maimici. Acest lucru înseamnă că dispozitivele sunt mai compacte, mai portabile,mai rapide, mai puternice și conțin mai multe aplicații. Nanotehnologia ar putea folosi într-o bună zi electroni individuali la funcționarea procesoarelor.Acest lucru ar face computerele de 100 de ori mai rapide, cu memorii uriașe și mult mai multe aplicații.Etichetele de identificare de mărime nanometrică ar putea fi în viitor atașate la orice cumpărăm, furnizându-ne informații despre ce și unde consumăm. Teoretic, acest lucru ar putea reduce deșeurile și furturile, dar ar putea crește preocuparea în ceea ce privește intimitatea individuală.

După cum s-a prezis prin legea lui Moore:hard-ul unui calculator își dublează capacitățile la fiecare doi ani. Nanotehnologia joacă un rol important în acest progres.‘Diviziunea Digitală’ se referă la discrepanța dintre oamenii care au acces la tehnologia digitală și a Nanotehnologiile și Diviziunea Digitală oamenii care au acces la tehnologia digitală și a informației și aceia care au acces foarte limitat sau deloc. Acest fapt creează o inegalitate în ceea ce privește abilitățile și resursele. Oamenii sunt preocupați de faptul că această ‘diviziune’ se poate înrăutăți pe măsură ce tehnologia avansează.Această diviziune poate fi văzută ca o problemă globală dar și locală, în cadrul comunităților din țările dezvoltate.

Această diviziune poate fi văzută ca pozitvă cu termenul de ‘Leapfrogging’.Acesta se referă la cazul în care o zonă are o tehnologie sau baze economice slab dezvoltate, dar poate învăța din greșelile zonelor mai dezvoltate și poate trece peste anumite stadii de dezvoltare care nu au avut rezultatele dorite,economisind astfel resursele. Ex . În India, utilizarea telefoanelor mobile a depășit cu mult utilizarea telefoanelor fixe. Acest lucru a lăsat deoparte în primul rând costisitorul proces de a instala linii terestre pretutindeni.

Nanotehnologia le oferă oamenilor de știință cea mai mare oportunitate de a proiecta și crea noi materiale în mod optim. Odată cu aceste noi oportunități vin și responsibilitățile și depinde de noi toți să le folosim în siguranță, dar și să permitem tehnologiei să se dezvolte și să fie utilă.Desigur că guvernele joacă un rol important în asigurarea că Nanotehnologiile se dezvoltă în siguranță. Ele pot face acest lucru prin autorizarea proiectelor de cercetare și prin aprobarea legilor care protejează sănătatea, siguranța și mediul înconjurător și în același timp permit progresul științific.De asemenea, producătorii de Nanotehnologii au responsibilitatea de a se asigura că produsele lor sunt atât benefice cât și sigure.

Și noi avem o responsabilitate.Trebuie să fim mereu informați și angrenați în progresul Nanotehnologiilor. Astfel ne putem aduce contribuția informată la viitoarele luări de decizii cu privire la folosirea Nanotehnologiei.

Nanotuburile de carbon (NTC).

Definiție.

Un profesor japonez pe nume Sumio Iijima, un expert în microscopia electronică, a început să se preocupe de problema fulerenelor în anul 1991, astfel luând nastere nanotuburile. Fabricarea lor avea loc utilizând un cuptor aparte, având o atmosferă inertă unde se pornea un arc electric între doi electrozi din carbon pur. După aceste experimente rezulta fulerenele , dar și o serie de reziduuri. Japonezul, om riguros ca orice om de știintă, s-a apucat să studieze la microscop si rezidurile rămase după obținerea fulerenelor. Japonezul, fiind un om de știință, a studiat și acele reziduuri iar cu foarte mult efort la această treabă sofisticată, străduința sa deosebită l-a răsplătit într-un final. El a devenit omul care a descoperit nanotuburile de carbon, obiecte de dimensiuni nanometrice, dar cu un randament extraordinar în ceea ce privește viitoarele aplicații.

Nanotuburile de carbon reprezintă molecule cilindirice de carbon de 5* ori mai subțiri decât un fir de păr; au proprietați ce le fac folositoare pentru nanotehnologie, electronică, optică și întărirea materialelor composite. Cu o structură internă ce concurează cu cea a diamantului, nanotuburile de carbon au o rezistență extraordinară și sunt niște conductori foarte eficienți.

Dintre structurile carbonului întâlnim diamantul, grafitul, fulerena și respectiv, nanotubul de carbon.

Nanotubul de carbon are o formă tubulară cu diametrul de 1nm, iar lungimea variază între câțiva nm. Nanotubul de carbon este echivalentul unei foi de grafenă roluită precum un tub.

Clasificare.

Nanotuburile de carbon sunt fie de un singur perete (SWCNTs) constând drintr-un singur grilaj de grafit laminat într-un cilindru perfect sau mai mulți pereți (MWCNTs) alcătuiți din mai multe cochilii cilindrice concentrice de grafit . NTC sunt de obicei produse de depunere catalitică de vapori chimici și conțin metale, în special Fe, la capetele închise ale acestora. Din acest motiv, nanotuburile de carbon sunt paramagnetici – o proprietate valoroasă pentru anumite aplicații biomedicale.

Propietăți.

NTC variază în diametru (de la câțiva nm la 100 nm) și pe scară largă în lungime (de pana la cativa mm). Structura lor moleculară impune în valoare proprietățile lor unice: de înaltă rezistență la tracțiune, conductivitate electrică ridicată, rezistență la căldură și de conducere termică eficientă și de inactivitate chimică relativă (atomii de componente nu sunt ușor de deplasat). Structura exactă a NTC în special chiralitatea lor n – m determină proprietățile lor electrice. Când nm este un multiplu de 3 (tip fotoliu), în NTC au proprietăți dielectrice statice, adică prezintă un răspuns longitudinal metalic și un răspuns izolator transversal. În practică, toate NTC cu mai mulți pereți se comportă în acest fel.In virtutea nano, transportul de electroni în NTC se produce prin efecte cuantice și astfel se propagă numai uni-dimensional de-a lungul axei tubului.

Proprietățile electronice, moleculare și structurale ale nanotuburilor de carbon sunt determinate pe o întindere largă datorită structurii lor aproape unidimensionale. Cele mai importante proprietăți ale nanotuburilor de carbon și baza lor moleculară sunt prezentate in continuare.

Reactivitatea chimică.

Reactivitatea chimică a nanotuburilor de carbon este comparată cu o foaie de grafenă, ce apare ca un rezultat direct al curburii de pe suprafața nanotuburilor. Reactivitatea nanotuburilor de carbon este relatată direct cu nepotrivirea lui pi-orbital cauzată de creșterea curburii. Prin urmare, trebuie facută o distincție între peretele lateral și capătul de vârf al nanotubului. Din același motiv, un diametru mai mic al nanotubului rezultă prin creșterea reactivității. Modificarea chimică covalentă chiar și a pereților laterali sau a capătului de vârf s-a demonstrat a fi posibilă. De exemplu, solubilitatea nanotubului de carbon in diferiți solvenți poate fi controlată prin această metodă. Deci, cercetarea directă a modificărilor chimice pe comportamentul nanotubului este dificilă, deoarece mostrele brute a nanotubului încă nu sunt suficient de pure.

Conductivitatea electrică.

Nanotuburile de carbon cu diametrul mic sunt mai degrabă semi-conductoare, chiar izolatoare sau metalice. Diferențele dintre proprietățile conductive sunt cauzate de structura moleculară, care rezultă din diferite structuri de legătură, prin urmare, am putea zice, legături cu goluri. Diferențele în conductivitate pot fi foarte ușor derivate din proprietățile foii de grafenă. S-a demonstrat că un nanotub (n,m) este metalic și presupune că: n=m sau (n-m)=3i, unde i este număr întreg, iar n și m definesc nanotubul. Rezistența conductivității este determinată de aspecte cuantice mecanice și a fost dovedit de a fi independentă de lungimea nanotubului.

Activitatea optică.

Studiile teoretice au dezvăluit că activitatea optică a nanotuburilor dispare dacă nanotuburile devin mai lungi. Prin urmare, este de așteptat ca și alte proprietăți fizice să fie influențate de acești parametri. Folosirea activității optice trebuie să rezulte în dispozitive optice pentru care nanotuburile de carbon joacă un rol important.

Proprietăți mecanice.

Nanotuburile de carbon au un foarte mare modul Young în direcția lor axială. Nanotubul ca un întreg este foarte flexibil datorită lungimii mari. Prin urmare, acești compuși sunt corespunzători potențiali pentru aplicații în materiale compozite care necesită proprietăți anizotrope.

Proprietăți termice.

Nanotuburile de carbon au o conductivitate termică foarte bună de aproximativ 3000W/mK în direcție axială și mai puțin pe cea radială.

Proprietăți electronice.

Nanotuburile de carbon sunt bune generatoare de câmp datorită efectului de tunel.

Aplicatii.

Intel se joacă cu nanotuburile de carbon.

Recent, nanotuburile de carbon au început să atragă tot mai mult atenția asupra lor, ca un înlocuitor, sau o adaugare, la materialele semiconductoare normale. Ce sunt acestea și ce fac? Nanotuburile de carbon sunt atomi de carbon care formează o moleculă de formă tubulară, și care au câteva proprietăți interesante, dintre care două sunt relevante pentru producătorii de cipuri. Există două forme ale tubului, una care este un bun conductor balistic, cealaltă un semiconductor, aceste diferențiidu-se între ele doar prin chiralitate – proprietate a structurii moleculei care nu se poate suprapune peste imaginea ei in oglindă. În natură, acestea formează aproximativ doua treimi semiconductori, o treime conductori. Intel încearcă să determine cum să le facă să îmbrace în proporție de 100% doar una dintre forme și cum să le poziționeze într-un cip. Chiralitatea poate fi puternic influențată de catalizatorii utilizați pentru formarea tuburilor, astfel să se creeze o formă sau alta. Pentru un cip cu un miliard de tranzistori, trebuie îmbunătățită rata de eroare la o singură moleculă greșită din câteva milioane, una în plus ducând la stricarea cipului. Trecerea de la 33% la 0.00000000001% nu este deloc ușoară, pierderea unui singur bit însemnând părți moarte. Odată rezolvată această problemă, apare întrebarea ce vom face cu aceste lucruri. Pot fi utilizate în forma semiconductor pentru rolurile tradiționale de semiconductori, sau pot fi utilizate în forma conductoare pentru interconexiuni.

Armura pentru soldații „Robocop".

Războinicul bionic este deja un concept accesibil, care a fost popularizat de filmele SF. Totuși, ceea ce și-a propus armata americană e cat se poate de real. Conform proiectului „Robocop", până cel mai tarziu în anul 2020, toți soldații vor fi îmbrăcați în „armuri nanometrice", realizate din materiale ce conțin fibre din nanotuburi. Noile echipamente îi vor apăra de orice glonț și de efectele devastatoare ale exploziilor. Pe corpul soldatului se vor afla peste o mie de senzori nanometrici, care vor sesiza în timp util apropierea unui glonț sau a unui șrapnel, iar apoi vor „comanda" costumului să se „întărească" în zona probabilă de impact.

Această tehnologie implică faptul că fiecare centimetru pătrat de material va conține senzori și mecanisme de „întărire", prin repoziționarea nanotuburilor. Uniformele duale, care vor putea fi alternativ flexibile ca orice pânză sau mai rezistente decât kevlarul, vor putea trece dintr-o stare în alta și la comanda verbală a purtătorului. Și asta nu e tot. Același material va putea imita culorile mediului atat de bine încat, în cateva fracțiuni de secundă, soldatul va deveni aproape invizibil de la distanță.

Casca protectoare a capului va fi chiar mai rezistentă decat hainele și, în plus, va fi dotată cu sisteme de extindere a acuității vizuale și auditive, plus un translator automat al cuvintelor, rostite de militar în limba engleză, în orice limbă vorbită pe Terra. Dacă adăugăm sistemele de night-vision, cu infraroșii, e limpede că vom avea de-a face cu un veritabil robot miniatural. Toată aparatura va fi realizată cu ajutorul nanotehnologiei, pentru că, în ciuda complexității tehnice, casca să rămană ușoară și confortabilă.

ARME

Mitraliere cu patru țevi și sistem de ghidare prin laser, realizate din nanotuburi, care folosesc muniție de mai multe tipuri.

CAMUFLAJ

Materialul din nanofibre al unor uniforme se va colora precum mediul ambiant, iar soldatul va deveni invizibil de la distanțe mari.

SUPRA-OAMENI

Exoscheletul pe care este construit costumul are articulații pneumatice care vor accelera mersul militarului și îi vor permite acestuia să ridice și să transporte cu ușurință greutăți foarte mari, mușchii suportand doar 10% din efortul necesar.

CASCĂ

Dotată cu vedere stereoscopică și night-vision, casca este capabilă să proiecteze informații și scheme pe interiorul vizorului. Acesta nu poate fi penetrat de gloanțe.

Haine Inteligente.

Hainele sunt prevăzute cu senzori care estimează zona unde va lovi glonțul și apoi, cu ajutorul unui mecanism special, reorientează nanotuburile, devenind mai rezistente decât Kevlarul în locul vizat.

Haine inteligente pentru oricine? Nanotuburile pot fi incluse în țesăturile obișnuite. Singura problemă e că, o vreme, vor costa cam mult. Deja există materiale realizate cu nanotuburi, care costă 10.000 de dolari metrul. Este vorba de țesături de mătase acoperite cu nanofibre ce conțin aur, care arată exact ca o țesătură făcută din fir de aur, dar are toate calitățile mătăsii. Și fibra de bumbac poate fi acoperită cu nanotuburi din argint, prin simpla atracție dintre sarcinile pozitive ale bumbacului și ionii negativi de argint.

De ce țesături cu argint? Pentru că acest metal are reale calități antibacteriene și antivirotice, fiind capabil să curețe inclusiv aerul care trece printr-o astfel de țesătură. Prezența nanotuburilor de argint nu va permite murdărirea materialului, pentru că de el nu se va putea „agăța" nicio celulă moartă de piele, niciun fir de praf, nicio bacterie și nici măcar un virus.

De pete nici nu va mai fi vorba! Cei care au realizat acest material spun că el nu trebuie neapărat să aibă aparență metalică, aspectul fiind dual, prin poziționarea diferită a fibrelor din nanotuburi. Toate casele vor avea în curand perdele cu nanotuburi de argint, care vor ioniza aerul și vor reduce poluarea pană aproape de zero.

Cum să micșorezi un nanotub din carbon.

Un grup de cercetători a găsit o modalitate prin care să controleze diametrul unui nanotub din carbon – până la aproape 0 nanometri. Această abilitate folositoare ar putea face nanotuburile din carbon mai ușor de încorporat în noile tehnologii. Proprietățile electrice și fizice excepționale ale nanotuburilor din carbon – de exemplu, acestea sunt conductori foarte buni și rezistenți – le-au facut să devină baza multor dispozitive nanometrice, precum senzorii și tranzistorii. Însă aceste proprietăți depind în mare masură de marimea nanotuburilor iar metodele de a le controla precis marimea nu sunt de încredere.

Cercetătorii au început cu un nanotub cu 4 pereți. Au aplicat apoi un curent de o anumită intensitate unui nanotub, ducând la ruperea electrică a pereților exteriori și la îndepărtarea lor. Tubul rămas a fost bombardat cu un fascicul de electroni care a îndepărtat atomii de carbon, creând vacanțe și alte defecte în structura sa atomică. În același timp, cercetătorii au transmis un curent prin nanotub. Acesta la încălzit până când a remediat vacanțele și defectele remodelându-se spontan într-un tub mai subțire, fără defecte. Prin repetarea acestui proces nanotubul a putut fi micșorat în câteva minute. În concluzie, cercetătorii au descoperit că diametrul nanotubului este direct proporțional cu conductanța nanotubului cu mai multi pereți.

Adio cipuri de siliciu, trăiască nanotuburile de carbon!

Computerele viitorului se vor baza pe o nouă tehnologie. Experții estimează că zilele cipului de siliciu sunt numerate și că acesta va fi utilizat în industrie doar câțiva ani de aum încolo. El va fi înlocuit de nanotuburile de carbon însă aranjarea lor pe șabloanele circuitelor nu este deloc ușoară. Acestea sunt doar cateva din temele care se discută zilele acestea la Londra în cadrul unei reuniuni de specialitate organizată de Institutul de Fizică.

Nanotuburile de carbon vor înlocui cipurile de siliciu. În 4 sau cel mult 10 ani după cum estimează specialiștii.

Nanotuburile au fost descoperite în urmă cu 17 ani. Sunt niște tuburi din carbon pur de o grosime de numai câțiva nanometri, cam de grosimea unei molecule și de mii de de ori mai subțiri decât un fir de păr. Pentru că au proprietatea de a fi bune conducătoare de electricitate au fost propuse pentru realizarea legăturilor din circuitele electronice. Unele nanotuburi se comportă ca semiconductori așa cum este cazul siliciului; altele transportă electricitatea ca și cablurile de metal.

Dificultatea problemei constă în aranjarea nanotuburilor în șabloanele circuitelor. O altă chestiune care macină creierele cercetătorilor este faptul că de cele mai multe ori nanotuburile sunt formate dintr-o mulțime de alte tuburi care sunt semiconductoare dar și metalice, ceea ce îngreunează folosirea lor la crearea componentelor electronice. Cum proprietățile electrice depind de aranjamentul atomilor de carbon în nanotub, lucrul devine greu de făcut doar pentru un singur tub.

Cercetătorii britanici de la Universitatea din Leeds au dezvoltat o metodă prin care află care este structura nanotubului și de aici proprietățile sale electrice. Tehnica permite astfel poziționarea corespunzătoare pe o suprafață. Ideea lor este de a crește nanotuburile pe o grilă de ceramică; tuburile care se formează între orificii sunt examinate la microscop de unde deduc structura lor atomică. După aceea, iau tubul cu un fel de pensetă și îl poziționează pe suprafața dorită.

Inginerii au reușit să controleze nanotuburile din carbon.

Nanotuburile din carbon – molecule cilindirice de carbon de 50.000 de ori mai subțiri decât un fir de păr – au proprietăți ce le fac folositoare pentru nanotehnologie, electronică, optică și ranforsarea materialelor composite. Cu o structură internă ce rivalizează cu cea a diamantului, nanotuburile din carbon sunt extraordinar de rezistente și pot fi foarte eficiente pe post de conductori.

Problema o constituie lucrul cu acestea. Nu există un mod de încredere pentru a le aranja într-un circuit, în mare parte pentru că cresterea lor poate avea ca rezultat o dezordine asemanatoare unui castron cu spaghete. Cercetătorii au atașat pereților laterali a acestor mici tuburi molecule chimice ce “au grijă” ca tuburile să pot fi asamblate și manipulate. Dar aceste legături moleculare le schimbă structura și le distrug conductivitatea. Acum, Young-Su Lee, inginer de știință și ingineria materialelor, și Nicola Marzari, profesor asociat la același department, au identificat o clasă de molecule chimice ce păstrează proprietățile metalice a nanotuburilor din carbon și aproape perfecta lor capacitate de conductivitate.

Folosind aceste molecule pentru manipulare, Marzari și Lee au spus ca pot trece de probleme ce apar la fabricație și păstrează proprietățile nanotuburilor pentru o serie de aplicații precum detectori, senzori sau componente la optoelectronice. Marzari și Lee au folosit legile fundamentale ale mecanicii cuantice pentru a simula proprietățile materialului care sunt imposibil să fie măsurate, precum lava topită din centrul Pământului sau mișcarea atomilor la reacțiile chimice rapide. Apoi au rulat aceste simulari pe mai multe calculatoare interconectate si au folosit aceste rezultate pentru a optimiza și a proiecta materiale noi precum electrozi sau celule de combustibil și polimeri ce se contractă și se destind la fel ca muschii omului.

Cu ajutorul unui algoritm puternic creat de Lee, teoreticienii s-au concentrat pe rezolvarea unor probleme legate de lucrul cu nanotuburile din carbon.

Nanotuburile – soluția viitorului în domeniile științei.

Nanotuburile sunt considerate soluția viitorului în aproape toate domeniile științei. În cercetarea medicală și în biologia moleculară, nu putea fi însă folosite, pentru că erau periculoase pentru țesuturile vii. O echipă de cercetători americani a rezolvat acum această problemă. Datorită proprietăților lor, cum sunt rezistența și foarte buna conductivitate electrică, sunt văzute drept soluția viitorului în numeroase domenii ale științei contemporane, de la electronica moleculară la aviație, unde cercetătorii speră să poată obține din nanotuburi materiale foarte ușoare și deosebit de rezistente.

Nanotuburile au atras și cercetătorii din domeniul biologiei moleculare și al medicinei. Și asta pentru că există speranța de a utiliza nanotuburile drept senzori moleculari care pot detecta enzimele din interiorul celulelor vii, precum și la dezvoltarea unor noi tratamente medicale împotriva unor boli acum incurabile, cum este cancerul.

Exista însă o problemă majoră. Nimeni nu reușise să descopere de ce nanotuburile de carbon erau toxice, ducând la moartea celulelor cu care intrau în contact.

Cercetătorii de la Universitatea din Berkeley, California, au anunțat acum rezolvarea acestui impediment. Ei au creat un înveliș special, alcătuit din polimeri sintetici, care seamănă cu moleculele existente în mod natural pe suprafața externă a celulelor corpului uman. Au acoperit apoi nanotuburile de carbon cu acest înveliș. Rezultatul a fost spectaculos. Și asta pentru că celulele pe care au fost experimentate nanotuburile cu noul lor înveliș nu au mai avut de suferit. Iar stratul protector are și capacitatea de a atașa nanotuburile de suprafața celulelor. Autorii invenției spun că, în viitor, vor încerca să obțină și alte învelișuri speciale, care ar putea să atașeze nanotuburile doar de anumite celule, cum sunt celulele canceroase.

Există însă și specialiști care spun că, în ciuda noului înveliș care le face acceptate, nanotuburile de carbon vor fi toxice pentru organism. Și asta pentru că nu pot fi eliminate în mod natural de către rinichi sau ficat. Și, cum nanotuburile nu sunt biodegradabile, ar putea deveni periculoase pentru sănătatea unor potențiali pacienți.

Cercetătorii de la Berkeley sunt însă optimiști. Ei spun că lucrează în acest moment la descoperirea unei modalități prin care organismul uman să elimine nanotuburile în mod natural după câteva luni

Metode de obținere a nanotuburilor de carbon.

Vaporizare cu arc.

Metoda vaporizării cu arc a carbonului, inițial folosită pentru producerea fulerenelor C60, este metoda cea mai utilizată și probabil cea mai usoară de a produce nanotuburi de carbon, și este în același timp simplu de realizat. Prin urmare, este o metodă care produce un amestec de componente și urmărește separarea nanotuburilor de compus și de metalele catalizatoare prezente în produsul brut.

Aceasta metodă creează nanotuburi prin vaporizarea cu arc a două vergele de carbon puse cap la cap, la o distanță de aproximativ 1mm, distanță ce contine, de obicei, gaz inert (heliu, argon), la o presiune joasă (între 50 si 700 mbar). Recentele investigații au demonstrat, de asemenea, că există posibilitatea de a crea nanotuburi cu metoda arcului în nitrogen lichid. Un curent continuu de 50…100 A este străbătut de un voltaj de 20 V creează o temperatură înaltă descarcată între cei doi electrozi. Această descărcare vaporizează una din vergelele carbonului și formează o mică urmă de vergea proiectată pe cealaltă. Producerea de nanotuburi într-o gamă largă depinde de uniformitatea arcului de plasmă și de temperatura formei proiectate pe electrodul de carbon.

Acest mecanism de creștere este tot mai evident și masurătorile au demonstrat că diferitele distribuțiuni ale diametrelor au fost realizate în dependență de amestecul de argon si heliu. Aceste amestecuri au coeficienții de difuzie diferiți și conductivități termice diferite. Aceste proprietăți afectează viteza cu care carbonul și moleculele catalizatoare difuză și se răcesc, afectând diametrul nanotubului în procesul de vaporizare cu arc. Astfel se explică faptul că se formează tuburi nucleate cu un singur strat care cresc pe particule metalice de diferite mărimi, în dependență de rata de stingere în plasmă și demonstrează faptul că temperatura si densitățile carbonului și a metalului catalizator afectează distribuția diametrelor nanotuburilor.

Nanotuburile monostrat rezultate în urma acestei metode sunt tuburi scurte cu diamentre cuprinse între 0,6-1,4 nm, iar nanotuburile multistrat sunt niște tuburi cu diametre interioare cuprinse între 1-3 nm și diametre exterioare în jur de 10 nm.

Avantajele acestei metode constau în faptul că nanotuburile monostrat cât și multistrat se pot obține foarte usor. Nanotuburile monostrat pot avea mici defecte structurale, iar cele multistrat pot fi obținute fară catalizator, e o metodă ieftină și e posibilă obținerea în aer liber.

Dezavantajele metodei constau în faptul că tuburile tind să fie scurte cu dimensiuni și direcții aleatoare, deseori au nevoie de foarte multă purificare.

Această metodă are un grad de utilizare de 30-90%.

Figură 2. Schema vaporizării cu arc a nanotuburilor de carbon.

Vaporizare cu laser.

Grafitul este descompus datorită unui puls intens al laserului, care generează un gaz bogat în carbon din care se formează nanotuburile de carbon.

Nanotuburile monostrat în urma acestei metode reprezintă niște legături de 5-20 microni, cu diametrul individual de 1-2 nm. În cazul nanotuburilor multistrat de carbon, nu e prea mult interes în această metodă, deoarece e foarte scumpă, dar obținerea lor e posibilă.

Avantajul metodei, în primul rând, e faptul că nanotuburile monostrat de carbon au un bun control al diametrului și doar câteva defecte. Prin urmare, produsul rezultat este complet pur.

Dezavantajul e faptul că e o metodă costisitoare, deoarece necesită lasere scumpe și are nevoie de putere de alimentare ridicată, dar e o metodă ce se îmbunătățește cu timpul.

Gradul de utilizare a acestei metode e de peste 70%.

Figură 3. Schema vaporizării cu laser a nanotuburilor de carbon.

Depunere chimică din stare de vapori.

Se plasează substratul în cuptor, se încălzește la 600°C și pe parcurs, într-un mod lent se adaugă un gaz purtator de carbon, precum CH4. Odată ce gazul se descompune, atomii de carbon sunt eliberați, aceștia recombinându-se în forme de nanotuburi.

Nanotuburile monostrat de carbon rezultate sunt tuburi lungi cu diametre în jur de 0,6-4 nm, iar nanotuburile multistrat de carbon sunt, la fel, lungi cu diametre de 10-240 nm.

Avantajele metodei sunt – ușor de obținut până la o cantitate industrială, lungime lungă, un proces destul de simplu. Diametrul nanotuburilor monostrat de carbon este unul controlabil, și nanotuburile sunt complet pure.

Dezavantajul este faptul că nanotuburile sunt, de obicei, monostrat prin care se strecor mici defecte.

Gradul de utilizare a acestei metode e de 20-100%.

Figură 4. Depunere chimică din stare de vapori a nanoturiburilor de carbon.

Purificarea nanotuburilor de carbon

Purificarea nanotuburilor este un procedeu la fel de important precum și obținerea acestora. Purificarea se realizează prin mai multe modalități si anume:

– Oxidare

– Tratament cu acid

– Recoacere

– Tratament ultrasonic

– Purificare magnetică

– Microfiltrare

– Tăiere

– Cromatografie

Figură 5. Schemă purificare nanotub de carbon.

Metode de investigare a nanotuburilor de carbon.

Spumele super-compresibile din nanotuburi de carbon.

Cercetătorii au descoperit de curând că, pe langă rezistența ridicată și greutate redusă, nanotuburile de carbon sunt și deosebit de flexibile, acționând ca arcurile super-compresibile. Studiul realizat de catre o echipă de la “Institutul Politehnic Rensselaer” deschide drumul către materiale sub formă de spumă, ce pot asigura rezistența și flexibilitatea necesară în domenii precum aeronavele.

Pulickel Ajayan și Anyuan Cao, cei doi autori, au arătat că fâșiile din nanotuburi de carbon se comportă ca un strat de arcuri de saltea, flexându-se și revenind la poziția inițială sub acțiunea unei forțe. Dar, spre deosebire de o saltea, care în timp își pierde elasticitatea, acest material își păstrează proprietățile chiar și după mii de cicluri de compresiune.

Nanotuburile de carbon prezintă o combinație excepțională de rezistență, flexibilitate si densitate redusă, proprietăți ce le fac materiale ideale pentru structuri ce necesită duritate crescută și greutate redusă", a afirmat Pulickel Ajayan.

În cazul spumelor industriale de până acum, rezistența și flexibilitatea sunt două proprietăți opuse (crește una, scade cealaltă), dar în cazul nanotuburilor de carbon acest lucru nu se aplică.

Compuse din atomi de carbon aranjați asemănător rolelor de sârmă cu ochiuri, nanotuburile fac față cu succes mediilor chimice extreme, temperaturilor și umidității ridicate.

Cuțitul din nanotuburi de carbon.

Cercetătorii de la NIST și de la Universitatea Colorado au proiectat un cuțit din nanotuburi din carbon. Într-o lucrare prezentată acum nu foarte mult timp, echipa de cercetatori au arătat un cuțit făcut la scară nanometrică care ar putea deveni în viitor o unealtă pentru biologie, permițând oamenilor de știință să studieze celulele mai precis decât o fac astăzi.

De ani de zile cercetătorii s-au chinuit cu cuțite din diamant sau sticlă, care taie mostre de celule înghețate sub un unghi mare, determinând mostrele să se îndoaie și să se fisureze.

Deoarece nanotuburile din carbon sunt foarte dure și subțiri în diametru, acestea ar fi materialul ideal pentru tăierea de felii subțiri din celule. Cercetătorii ar putea folosi nanocuțitul pentru a face imagini 3D a celulelor și țesuturilor pentru tomografia cu electroni, operație ce necesită mostre mai subțiri decât 300 de nanometri.

Prin manipularea nanotuburilor din carbon în interiorul microscoapelor electronice, cercetătorii au început să proiecteze o serie de ustensile precum nanopensete, bile de rulment și oscilatori la scară nanometrică.

Armură din nanotuburi de carbon.

Vi se părea extraordinar că din acest material se poate realiza un radio? Asta nu e tot! Pe cealaltă parte a globului, mai exact la Universitatea din Sidney, Australia, doi cercetători se gândesc să folosească tot nanotuburile de carbon pentru crearea unei armuri ultra rezistente și ușoare.

Momentan se foloseste kevlar-ul, cea mai puternică fibră sintetică. Însă vestele antiglont din kevlar, o dată lovite, se deteriorează, țesătura se strică, și devin ineficiente, trebuind schimbate. Însă o vestă din nanotuburi de carbon ar putea fi lovită de multiple gloanțe în același loc, fară să își piardș integritatea.

S-a observat că o țesătură de 600 nm grosime, alcătuită din șase straturi de cate 100 nm de nanotuburi de carbon, poate respinge proiectile cu o energie de maxim 320 J. Aceasta este echivalentă unei arme de foc de mână, sau a puștilor și automatelor de mici dimensiuni. Însă armele de asalt și mitralierele ar reuși să penetreze.

Fulerenele, fascinante in prezent, o provocare pentru viitor

Cunostințele noastre despre carbon sunt cam tot atât de vechi ca și cele despre foc, dar, cu toate acestea, fiecare secol, fiecare deceniu chiar deschid noi perspective asupra acestui, în aparenta, atât de banal element. Astfel, în anul 1996 Premiul Nobel în chimie era acordat pentru sinteza în laborator a fulerenelor, care, la prima vedere, ar parea, după diamant și grafit, „o a treia formă a carbonului”. La drept vorbind, fulerenele nu sunt chiar o noutate: existența lor a fost dovedită în praful interstelar și în unele formațiuni geologice terestre; dar fulerenele au putut fi studiate numai după 1990, când Kratschmer și Fostiropoulos au găsit calea de a le sintetiza în cantități rezonabile (grame).

Fulerenele, o a treia formă structural organizata a carbonului? Hotarât, nu, o dată ce fulerenele au structuri și proprietăți cu totul neobișnuite pentru specii formate exclusiv din atomi de carbon.

Deosebirea de ordin structural este esențială: diamantul și grafitul au, ambele, stucturi extinse, noțiunea de “moleculă” în aceste structuri fiind cu desăvârșire exclusă; fulerenele, în schimb, sunt formate din molecule cu existență discretă, cu formă aproape sferică. De departe cea mai cunoscută și mai intens studiată este fulerena C60 (cu molecula formată din 60 de atomi de carbon), dar fulerenele C70, C76, C82, C84 – și chiar mai voluminoase – sunt de asemenea cunoscute. Aranjarea atomilor de carbon în aceste molecule este fascinantă în sine, să luăm, drept exemplu, molecula fulerenei C60.

Dacă priviți cu atentie, veți observa că toti atomii de carbon din această dantelărie sunt echivalenți, adică toți au același număr de vecini (3), identic legați, unghiurile dintre legăturile angajate de diferiții atomi fiind și ele identice. Asemănarea cu forma unei mingi de fotbal este izbitoare; atât molecula C60, cât și banala minge de fotbal corespund din punct de vedere geometric unui icosaedru trunchiat; acesta provine, formal, prin “retezarea” vârfurilor unui icosaedru regulat, poliedru cu 20 de fețe, toate triunghiuri echilaterale identice; icosaedrul trunchiat va avea 32 de fețe, 20 de hexagoane si 12 pentagoane.

Să trecem însă în revistă câteva deosebiri direct observabile între diamant și grafit, pe de o parte, și fulerene, pe de altă parte, raportându-ne, în cazul fulerenelor, la specia C60.

Cu toții știm, că diamantul, cu structura tridimensională extinsă, este cristalin, transparent, strălucitor, dur, izolant din punct de vedere electric; grafitul, cu structura bidimensională extinsă (în straturi) este un solid negru, care clivează, conductor electric; atât diamantul, cât și grafitul se topesc (la temperaturi extrem de înalte, peste 3.000°C în cazul diamantului), nefiind afectați de solventi.

Ei bine, la temperatură ambiantă C60 este o pulbere galbenă, fotosensibilă (își schimbă culoarea sub acțiunea radiațiilor UV medii), care se dizolvă în banalul toluen formând o soluție roz. Sub acțiunea radiațiilor laser polimerizează, polimerul nemaifiind solubil în toluen. Efectul variațiilor de temperatură este încă și mai spectaculos: prin încălzire la câteva sute de grade sublimează (adică trece direct din stare solidă în stare de vapori, în care identitatea moleculară este conservată), distrugerea ansamblurilor moleculare necesitând temperaturi mai mari de 1.000°C. Prin răcirea avansată (la temperaturi mai mici decât –183°C), moleculele C60 se organizează într-un solid cristalin cu rețea cubică.

În formă cristalină, fulerena C60 este un izolator electric, asemenea diamantului. Legăturile dintre moleculele C60 din cristal sunt slabe, iar încălzirea lentă face ca cristalele să se dezmembreze partial, cu alte cuvinte “să curgă”.

Cu adevarat spectaculoase sunt însă caracteristicile chimice ale fulerenelor, care fac integrarea lor alături de diamant și grafit cel puțin hazardată. Diamantul și grafitul sunt mai degrabă inerte din punct de vedere chimic (reacțiile chimice ale carbonului, implicând cu precădere cărbunele amorf, exclud prezervarea de ansambluri ordonate de atomi de carbon). Fulerenele însă sunt specii reactive, având tendința de a acapara electroni, ceea ce le face să se combine cu ușurință cu parteneri potențiali donatori de electroni, la limită, metale electropozitive (alcaline, alcalino-pământoase sau chiar lanthanide), conservând intacte, în urma acestor reacții, nu doar moleculele de fulerene, ci, în unele cazuri, chiar microcristale.

Care este “poziția de atac” a fulerenelor în reacțiile lor chimice? Să privim încă o dată structura moleculei C60: aceasta “minge” nu este, fireste, compactă; atomii de carbon interconectati formează mai degrabă un câmp, o structură poroasă, cu cavități delimitate de atomi vecini. Conceptual, reacțiile chimice ale unor astfel de entități moleculare cu structură poroasă si, totodată, potențial acceptoare de electroni la nivel global, pot evolua în două moduri: partenerul poate fi “legat” în exteriorul moleculei, fiind astfel plasat, în ansamblul compusului, între moleculele de fulerenă sau, dimpotrivă, poate fi înglobat în interiorul câmpului molecular.

Prima cale este, din punct de vedere practic, relativ mai simplă. S-au obținut în acest fel compuși cu structuri spectaculoase, ca cea ilustrată mai jos, și, credeți-mă, pentru un chimist potențialul de fascinație estetică al unei astfel de structuri nu este cu nimic mai prejos decât, irișii lui Van Gogh sau nuferii lui Monet!

Nu mai puțin interesanți sunt compușii fulerenelor cu metale alcaline, în special cei cunoscuți sub numele A3C60, în care unei molecule C60 îi corespund trei atomi metalici (în special potasiu sau rubidiu). Interesul pentru acești compuși depășește sfera esteticului, întrucât sunt supraconductori la temperaturi cuprinse în intervalul 19-40K, ceea ce, pentru ansamblul supraconductorilor cu schelet organic reprezinăa un domeniu de temperaturi deosebit de ridicate, deci de accesibile practic! Proprietățile supraconductoare ale compusilor A3C60 par a-și avea originea în structura lor cristalină dezordonată și, totodată, în interacțiuni neobișnuit de puternice între electronii de conducție.

Fulerenele cu parteneri incluși, numite endoedrice – sau metalofulerene dacă partenerii sunt atomi metalici – sunt mult mai dificil de sintetizat. Deși fulerena C60 este cea mai comună, câmpul (interiorul) acesteia este prea puțin voluminos, deci majoritatea endofulerenelor sintetizate până în prezent au câmpuri C82, C84 sau chiar mai înalte. Dificultățile de sinteză vizează faptul că este practic imposibil de a insera partenerul în câmpul sferic deja format, câmpul trebuind să “se înfășoare” în jurul partenerului simultan cu formarea lui; în consecință, separarea endofulerenelor de reziduurile de carbon este un proces laborios și cu randament mic. Dificultatea de a studia endofulerenele nu se limitează însă la problemele ridicate de sinteză. O altă complicație este aceea că endofulerenele, în marea lor majoritate, sunt instabile în aer, oxigenul extragând pur și simplu partenerul din câmpul de fulerenă. Doar puține elemente s-au dovedit, până în prezent, a forma endofulerene stabile, câteva dintre aceste fiind lantanul, itriul, scandiul și unele gaze nobile. Iată de ce studiul endofulerenelor este încă abia la început.

Cercetari privind obtinerea nanotuburilor de carbon prin metoda DGPS.

Rezultate.

Concluzii.