Karbon nano-köpük - Carbon nanofoam

Karbon nano-köpük bir karbon allotropu tarafından 1997'de keşfedildi Andrei V. Rode ve iş arkadaşları Avustralya Ulusal Üniversitesi içinde Canberra.[1] Gevşek, üç boyutlu bir ağda birbirine dizilmiş bir karbon atomları kümesinden oluşur. fraktal bağ yapısı sp'den oluşur2 grafit sp ile bağlı benzeri kümeler3 tahviller. Sp3 bağlar çoğunlukla yapının yüzeyinde bulunur ve malzemenin% 15 ila% 45'ini oluşturur ve çerçevesini elmas benzeri karbon filmler.[2] Malzeme, 2-10 x 10 yoğunluğa sahip, dikkat çekici derecede hafiftir.−3 g / cm3 (0,0012 lb / ft3) ve bir aerojel ile karşılaştırılabilir.[1][3] Diğer dikkat çekici fiziksel özellikler arasında geniş yüzey alanı ( zeolitler ) 300–400 m2/ g.[4] Bir galon nanofoam yaklaşık bir ons ağırlığındadır.[5]

Her küme yaklaşık 6 nanometre genişliğindedir ve yaklaşık 4000 karbondan oluşur atomlar bağlantılı grafit eklenmesi ile negatif eğrilik verilen benzeri tabakalar Heptagonlar düzenli arasında altıgen Desen. Bu durumda olanın tam tersi Buckminsterfullerenes karbon levhaların dahil edilmesiyle pozitif eğrilik verildiği beşgenler.

Karbon nano köpüğün büyük ölçekli yapısı, bir aerojel, ancak önceden üretilenin yoğunluğunun% 1'i ile karbon aerojeller Ya da yoğunluğun yalnızca birkaç katı hava -de Deniz seviyesi. Aksine karbon aerojeller, karbon nano-köpük zayıf elektrik iletkeni. Nano köpük çok sayıda eşleşmemiş elektronlar Rode ve meslektaşlarının öne sürdüğü gibi, topolojik ve bağlanma kusurlarında bulunan yalnızca üç bağa sahip karbon atomlarından kaynaklanıyor. Bu, belki de karbon nano-köpüğün en sıra dışı özelliğinin ne olduğunu ortaya çıkarır: mıknatıslar tarafından çekilir ve −183 ° C'nin altında kendisi manyetik hale getirilebilir.

Karbon nano-köpük, saf karbonun bilinen tek şeklidir. ferromanyetik bir karbon allotrop için alışılmadık bir durum.[6] Ferromanyetizma, karbon nano-köpüğünde gözlemlenen kendine özgü bir özelliktir ve karmaşık yapısı ile açıklanabilir. Malzemedeki safsızlıklar, gözlemlenen güçlü manyetizasyon için yeterli olmadıkları için manyetizma kaynağı olarak hariç tutulmuştur. Araştırmacılar, eşleşmemiş elektronlara sahip gömülü karbon atomlarının yeterince manyetik moment güçlü manyetizasyona yol açar.[6] Levha eğriliği, eşleşmemiş elektronları π-elektron bulutlar ve sterik olarak normalde devam edemeyecek kadar reaktif olan elektronları korur. Karbon nano-köpüğün ferromanyetizması zamana ve sıcaklığa duyarlıdır. Sentezin ilk birkaç saatinde bir miktar manyetizma kaybolur, ancak çoğu kalıcıdır.[6] Karbon nano köpük bazı uygulamalara sahip olabilir. spintronik elektron spinini bir başka yöntem olarak kullanan cihazlar özgürlük derecesi.

Karbon nano-köpük, düşük yoğunluğu ve yüksek yüzey alanı nedeniyle hidrojen depolaması için uygun olabilir. İlk deneyler, hidrojenin nano köpükte oda sıcaklığında tersinir bir işlemle depolanabileceğini göstermiştir.[4]

Sentez

Karbon nanofoam kümeleri, yüksek tekrar oranıyla sentezlenebilir lazer ablasyon inert bir gazda argon. Kısa (fs ), yüksek tekrar oranlarında (10 kHz - 100 MHz) iletilen düşük enerjili (µJ) darbeler biriktirme için karbon buharları oluşturur.[2] Ortam gazı, oda sıcaklığından atomize karbon ile ısıtılır ve bu da odadaki karbonun kısmi yoğunluğunda bir artışa neden olur. Optimal koşullarda, inert gaz soğumaz ancak oluşum döngüleri arasında yüksek sıcaklığını korur. Bölme içindeki sonraki döngüler, oluşum eşiği sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleştirilir.2 yapıştırma. Yoğunluk ve sıcaklıktaki artış, karbonlu kümelerin oluşumu için uygun koşulları teşvik eder. Tüketim oranı, lazer ablasyonu ile buharlaşma oranını aşmaktadır ve bu nedenle oluşum, denge dışı bir durumdadır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b Rode, A.V .; Hyde, S.T .; Gamaly, E.G .; Elliman, R.G .; McKenzie, D.R .; Bulcock, S. (1999). "Yüksek nabız hızlı lazer ablasyonu ile oluşturulan bir karbon köpüğün yapısal analizi". Uygulamalı Fizik A: Malzeme Bilimi ve İşleme. 69 (7): S755 – S758. Bibcode:1999ApPhA..69S.755R. doi:10.1007 / s003390051522.
  2. ^ a b Rode, A.V .; Gamaly, E.G .; Luther-Davies, B. (2000-02-01). "Yüksek tekrar oranlı lazer ablasyonu ile kümelenmiş karbon nano-köpük oluşumu". Uygulamalı Fizik A. 70 (2): 135–144. Bibcode:2000ApPhA..70..135R. doi:10.1007 / s003390050025. ISSN  1432-0630.
  3. ^ Zani, A .; Dellasega, D .; Russo, V .; Passoni, M. (2013). "Darbeli lazer biriktirme ile üretilen ultra düşük yoğunluklu karbon köpükler". Karbon. 56: 358–365. doi:10.1016 / j.karbon.2013.01.029.
  4. ^ a b Blinc, R .; Arčon, D .; Umek, P .; Apih, T .; Milia, F .; Rode, A.V. (2007). "Potansiyel bir hidrojen depolama malzemesi olarak karbon nano-köpük". Physica Durumu Solidi B. 244 (11): 4308–4310. Bibcode:2007PSSBR.244.4308B. doi:10.1002 / pssb.200776149. ISSN  1521-3951.
  5. ^ Kenneth Chang (6 Nisan 2004). "Kesintili Yeni Bir Karbon: Tüy Kadar Hafif ve Manyetik". New York Times.
  6. ^ a b c Rode, A. V .; Gamaly, E. G .; Christy, A. G .; Fitz Gerald, J. G .; Hyde, S. T .; Elliman, R. G .; Luther-Davies, B .; Veinger, A. I .; Androulakis, J .; Giapintzakis, J. (2004-08-17). "Tamamen karbon nano köpükte alışılmadık manyetizma". Fiziksel İnceleme B. 70 (5): 054407. arXiv:cond-mat / 0310751. Bibcode:2004PhRvB..70e4407R. doi:10.1103 / PhysRevB.70.054407.