الفوليرين: ما هو؟ ، الاستخدامات ، الخصائص وأكثر

الفوليرين عبارة عن مجموعة من جزيئات الكربون التي عادة ما تشكل نوعًا من أنابيب الكربون ، وتستخدم هذه بشكل خاص في تقنية النانو. في المقالة التالية سنعرف كل شيء عن هذا وأكثر من ذلك بكثير.

ما هو الفوليرين وما هي استخداماته؟

يتكون ما يسمى بالفوليرين ، والذي يُعرف أيضًا باسم "بوكمينستر فوليرين" ، من سلسلة من جزيئات الكربون الفارغة التي تشكل نوعًا من القفص المغلق يسمى "كرات بوكي" أو نوع من الأسطوانات عبارة عن أنابيب نانوية كربونية.

عادة ما تكون الفوليرين صنفًا من جزيء الكربون مع نوع معين من البناء الذي يستخدم طرقًا فيزيائية مثل نوع من الكرة أو الأنبوب. يمكن أن يكون للجزيئات المذكورة بالطريقة نفسها أشكال مثل الشكل السداسي والخماسي أيضًا. ومع ذلك ، ما هو الفوليرين وما هو؟ تعد الفوليرين فئة من العناصر المفيدة في أنواع معينة من تطبيقات الحوسبة ، خاصة في علوم البناء التي تسمى تقنيات النانو.

تاريخ الفوليرين

تم العثور على الفوليرين في عام 1985 من قبل مجموعة من الأشخاص هم ريتشارد سمالي وجيمس هيث وروبرت كورل وشون أوبراين وأخيراً هارولد كروتو أثناء وجوده في جامعة رايس. تم اكتشاف سعيد أول فوليرين باسم Buckminsterfullerene المسمى علميًا "C60" ، واسمه يكرم بكمنستر فولر. روبرت كيرل هو الشخص الذي فاز بجائزة نوبل لاكتشافه مادة الفوليرين في عام 1996.

ومع ذلك ، فإن اكتشاف ما يسمى بـ "كرة بوكي" قد قاده بحث عن نوع جديد من المواد التي تم تصنيفها على أنها فوليرين ، أو باسم "باكمينستر فوليرين" وهو النوع الذي يشير إلى أصغر فوليرين . كما نعلم بالفعل من بعض متآصلات الكربون ، والتي تقتصر على العناصر المعدنية مثل:

• الماس
• الجرافيت
• الأنابيب النانوية
• فحم
• كربون غير متبلور

كان اكتشاف ما يسمى بـ "كرات بوكي" هو ما أدى إلى إطالة خواص الكربون بشكل كبير وأصبح موضوعًا لنوع من البحث الشغوف في مجال الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة المعروفة باسمها المختصر "MEMS" ، وتتألف من:

• علوم المواد
• الإلكترونية
• تكنولوجيا النانو

الدراسات المختلفة هي تلك التي كشفت أن نوع عمل الفوليرين هو نوع يعتمد إلى حد كبير على النظم النظرية والتجريبية المختلفة.

هيكل الفوليرين

تتشابه الفوليرين في تركيبها مع الجرافيت ، الذي يتكون من نوع من ورقة من الحلقات المرتبطة سداسية الأضلاع ، ومع ذلك ، فهي تحتوي على حلقات خماسية أو في كثير من الأحيان على شكل سباعي يمنع الصفائح من أن تكون مسطحة.

تحتوي الفوليرين على ذرات كربون هجينة sp2 و sp3. تحتوي هذه الجزيئات على فئة تقارب عالية جدًا للإلكترونات وهي تلك التي يمكن تقليلها بشكل عكسي لامتصاص الإلكترونات.

على الرغم من حقيقة أن الجزيء المذكور يتكون من حلقات الكربون التي تم اقترانها ، فإن الإلكترونات في هذه المناسبة لم يتم فصلها عن مكانها ، حيث أن هذه الجزيئات نفسها هي التي تفتقر إلى خاصية الأوتوماتيكية الفائقة. تحتوي نفس الجزيئات على فئة من قوة الشد العالية جدًا وهي تلك التي تستعيد شكلها الأصلي بعد تعرضها لأكثر من 3 ضغط جوي.

هذا بسبب الخصائص الفريدة للتآصل المذكور للكربون ، لذلك لديهم فئة من التطبيقات. بسبب النسبية لسهولة التوليف ، يسمى ب الفوليرين سي 60 لا تزال تحظى بشعبية كبيرة وقد تم إجراء قدر كبير من الأبحاث لتطبيقاتها على مستوى أعلى.

يتكون الفوليرين C60 من حوالي 60 كربونًا في حوالي 60 رأسًا والتي تشكل نوعًا من البنية الكروية. يتكون هذا من حوالي 12 حلقة سداسية تكون عادة متجاورة مع بعضها البعض. يتم تصريف الحلقات المذكورة برباط مزدوج.

يبلغ طول الوصلة CC للحلقات السداسية عادةً حوالي 1,40 A ° وحوالي 1,46 A ° للحلقات الخماسية ، بمتوسط ​​فئة طول الوصلة يساوي 1,44 A °

أنواع الفوليرين

تمتلك الفوليرين أنواعًا عديدة من الاختلافات الهيكلية ، وقد أحرزوا تقدمًا ممتازًا في عام 1985. هذه التي سنقوم بشرحها هي بعض الأمثلة على أنواع الفوليرين التي تعمل بشكل جيد:

الأنابيب النانوية أو الفوليرينات الأسطوانية

هذه لها شكل أجوف ، بأبعاد يتم تصغيرها للغاية. تكون الأنابيب النانوية التي تم العثور عليها مصنوعة من الكربون عريضة بشكل عام ويمكن تمييزها من بضعة نانومترات إلى عدة مم (ملليمترات). لديهم طرف مغلق ونهاية مفتوحة.

صناعة الإلكترونيات هي التي تستخدم الأنابيب النانوية الكربونية بشكل أساسي ، وهناك مجال آخر هو تكنولوجيا الفضاء من أجل القدرة على إنتاج كابلات الكربون عالية المقاومة اللازمة للمصاعد الفضائية وحالات المركبات الفضائية ، والبطاريات الورقية.

باقات من كرات بوكي

هذا هو الحد الأدنى من الفوليرين الموجود في الطبيعة. أصغر عضو في هذا هو ثنائي الوجوه والأكثر شيوعًا يتكون من C60 وهو عشري الوجوه يشبه كرة القدم ، ويتألف من حوالي 20 سداسيًا و 12 خماسيًا. يعتبر الفوليرين الصغير ذا أهمية كبيرة من حيث التواجد الطبيعي ، ويمكن العثور عليه في السخام أو حتى الفحم.

ميجاتوبيز

كما يشير اسمها ، هذه هي Mega ، والتي تعني كبيرة ، ولديها أنابيب أكبر بكثير في القطر منها في حالة الأنابيب النانوية. يتم تحضير جدران الأنابيب الضخمة بسماكات مختلفة. تُستخدم الأنواع المذكورة من الأنابيب بشكل أساسي في نقل مجموعة متنوعة من الجزيئات ذات الأبعاد المختلفة.

البوليمرات

هذه تسمى الجزيئات الكبيرة التي ترتبط بواسطة روابط كيميائية تساهمية. تتكون البوليمرات المزعومة أساسًا من سلاسل الكربون. تحت ضغط مرتفع ودرجات حرارة عالية ، عادة ما تشكل بوليمرات ثنائية الأبعاد وكذلك بوليمرات ثلاثية الأبعاد.

نانو - البصل

يتكون هذا من شكل كرة بوكي صلب ، مع جزيئات كروية الشكل تعتمد على طبقات متعددة من الكربون.

المتحدة ديمرز "الكرة والسلسلة"

هاتان الكرتان من كرات بوكي التي يتم تجميعها معًا بواسطة سلسلة كربون واحدة.

حلقات الفوليرين

النوع الأخير من الفوليرين الذي لا يزال يتعين وصفه هو حلقات الفوليرين ، ومع ذلك ، لا يوجد الكثير من المعلومات حول هذه الحلقات ، إلا أنها تتكون من حلقة أو حلقة من كرات الفوليرين.

استخدامات الفوليرين - التطبيقات

مع بداية ما يسمى ب "تقنية النانو" تم تقديم أشياء مختلفة للعالم كله. ما يسمى Fullerenes هي تلك التي اكتسبت التركيز الرئيسي في مجال تكنولوجيا النانو. تمكنت منظمة الفضاء العظيمة التي تسمى ناسا ، بالتعاون مع عالم الكيمياء الجيولوجية الشهير لين بيكر ، من اكتشاف الفوليرينات التي يتم إنشاؤها بشكل طبيعي.

بسبب الكيمياء الفريدة في علوم المواد ، تمكن باحثون عظماء من اكتشاف التطبيقات المختلفة للفوليرين ، والتي تشمل التطبيقات الطبية والألياف الضوئية و الموصلات الفائقة.

المواد المضادة للاكسدة

تعد الفوليرين منتجين ممتازين لمضادات الأكسدة ، وهذا النوع من الخاصية هو ما يمكن أن يعزى إلى عدد من الروابط المزدوجة المترافقة التي لديهم وأيضًا إلى نوع من التقارب الإلكتروني العالي جدًا للجزيئات المذكورة ، وهذا بسبب طاقة المدار الجزيئي الذي منخفض وغير مشغول. يمكن أن تتفاعل الفوليرين مع جذور السلسلة قبل وقت طويل من استهلاكها.

العوامل المضادة للفيروسات

لطالما جذبت الفوليرين الانتباه بسبب قوتها كعوامل ممتازة مضادة للفيروسات. ولعل مظهره أكثر إثارة ، في هذا الصدد ، والذي قد يكون بسبب قدرته على القضاء على تكاثر فيروس نقص المناعة البشرية ، المعروف باسم "HIV" ، ولهذا فهو يساعد على تأخير ظهور متلازمة نقص المناعة المكتسبة المعروفة. بالاختصار "الإيدز".

لقد لوحظ أن dendrofellerene 1 ومشتقاته 2 ، وهو الأيزومر العابر ، هي تلك التي تثبط فئة البروتياز لفيروس HIV ، وبالتالي تمنع تكرار فيروس HIV 1 نفسه.

توصيل الأدوية وتسليم الجينات

يصبح إعطاء الأدوية هو نقل نوع من المركب الصيدلاني إلى موقع التأثير ، في حين أن إعطاء الجينات يتكون من إدخال DNA غريب داخل الخلايا من أجل التمكن من إنتاج الدواء ، نوع التأثير المرغوب.

لذلك ، من الأهمية بمكان توصيل هذه الجزيئات بأقصى درجات الأمان والكفاءة. تعد الفوليرين فئة من الناقلات غير العضوية ، وغالبًا ما يتم تفضيل هذه الفئات من الجزيئات لأنها أظهرت توافقًا ممتازًا ، بما في ذلك انتقائية أعلى ، كما أنها تحتفظ بما هو نشاط بيولوجي ، كما أنها صغيرة بقدر الإمكان لتوسيعها.

محسّسات الضوء في العلاج الضوئي

العلاج الضوئي الديناميكي المعروف باختصار "PDT" يتكون من شكل من أشكال العلاج الذي يستخدم نوعًا من المركبات الحساسة للضوء وغير سامة ، وهذا عندما يوضع في الضوء ، ثم إذا أصبح سامًا. يتم استخدامه لعلاج الخلايا الخبيثة أو المعدلة. تستخدم الفوليرين بشكل عام لهذه الفئات من المركبات.

في نظارات الأمان

الفوليرين لها خصائص بصرية محدودة. يشير هذا إلى قدرتها على تقليل نفاذية الضوء الذي يسقط عليها. لذلك ، يمكن استخدام الجزيئات المذكورة كنوع من المحدد البصري الذي يستخدم في النظارات الواقية أو العدسات الواقية والمستشعرات.

خصائص الفوليرين

سنقوم بتقديم الخصائص الرئيسية لـ Fullenero على المستوى المادي.

الخصائص الفيزيائية لـ الفوليرين C60

• الكثافة: يبلغ حجمها 1,65 جم سم 3

• الحرارة القياسية للتكوين: 9,08 كيلو كالوري مول -1

• معامل الانكسار: 2,2 (600 نانومتر)

• نقطة الغليان: إنه سامي عند 800 ك

• المقاومة النوعية: حوالي 1014 أوم م -1

• كثافة بخار: لا يوجد

• شكل كريستال: لا يوجد

• ضغط بخار مكعب سداسي: 5 × 10-6 تور عند درجة حرارة الغرفة: 8 × 10-4 سيل عند 800 كلفن

• الخصائص الحسية: له مظهر السخام البالوني: مسحوق أسود مقسم بدقة شديدة

• الفوليريتس: مسحوق بني / أسود

• C60: أسود خالص

• الرائحة: الحمام

الفوليرين في الفضاء

كما قلنا سابقًا ، تتكون الفوليرينات عادةً "ملفوفة" في صفيحة من الجرافيت وتضيف بعض جسيمات الخماسيات لتحقيق انحناءها. إذا تم لف الورقة فقط كنوع من الأسطوانة ، فيجب أن تغطي الزوايا بنصف كرة منحني مع خماسيات. ما سيتم الحصول عليه من أنابيب الكربون النانوية.

مقالة أخرى ينصح بدراستها هي مساهمات بليز باسكال والتي غالبًا ما تكون مفيدة لإجراءات هذا العنصر. عادة ما تكون هذه الأنواع من المواد مختلفة جدًا عن مواد فئة الفوليرين - النوع ، باختصار ، إلى الأقفاص المستديرة ، وبالتالي لها خصائص مختلفة جدًا.