Вуглецева нанопіна

Вуглеце́ва нанопі́на — алотропна модифікація вуглецю, що являє собою мікросітку з нанотрубок і кластерів.

Структура

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 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).

Фізичні властивості

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

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

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

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.

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.

Інтернет-ресурси

• 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