تاریخچه ی باکی بال ها

[parisa]

مدت زمانی است که فناوری نانو مورد توجه بسیاری قرار گرفته است و امید آن می رود که در آینده جایگاه بسیار مهمی را در زمینه فناوری های نو از آن خود کند. در این میان باکی بال و فولرین ها از جمله موادی هستند که به جرأت می توان گفت بسیاری از نانو مواد بر پایه آن ها بنا شده است.دراین مطلب مقدمه ای از ساختار کربن،خواص،کاربردها وآلوتروپ های آن بیان می کنیم.
​

---

[h=2]تاریخچه ی باکی بال ها در سال 1985 روبرت کورل، هارولد کروتو و ریچارد اسمالی فولرین های باک مینیستر را که باکی بال هم نامیده می شدند، کشف کردند که حدوداً یک نانومتری قطر داشت. آنها در طی یک بررسی در مورد طیف های جذبی ساطع از ستارگان به وجود نوعی ازکربن که به شکل C60بودپی بردند.

تعداد زیادی ساختار شبیه به آن یافت شده اند. بحث های زیادی درمورد اسم پیشنهادیC از زمان کشف 60 برای این ماده بود. از آنجا که این اسم از سیستم نامگذاری دیگر مواد و ترکیبات شیمیایی تبعیت نمی کرد.
بالاخره با دفاعیات بسیار کروتو، باك مینستر فولرن به عنوان اسم اصلی و استاندارد این مولکول پذیرفته شد.(باک مینیسترفولرن معماری آمریکایی بود که گنبد هایی را به شکل توپ طراحی می کرد وعلت نامگذاری مولکول توپی شکل نیز به این نام همین است)اما از آنجا که به کار بردن این اسم با کمی دشواری همراه بود از اسم باکی بال استفاده شد. ساختار باکی بال تمام کربنی است. کربن چهارمین عنصر فراوان در جهان است و در بین تمامی عناصر، نقش بسیار مهمی در تحقیقات فناوری نانو و کاربردهای متصور برای آن داشته است.

​

 

[parisa]

[h=2]عاریف مقدماتی از عنصر کربن ،کاربردها وخواص آن در ابتدا بهتر است مقدمه ای راجب به عنصر کربن ذکر کنیم.عنصر کربن در بسیاری از ترکیبات مختلف وجود دارد. در غذا، مداد، خودکار یا کاغذی که می نویسیم و حتی در سوخت و لباس همه ما کربن وجود دارد. کربن نقش مهمی در شیمی حیات دارد؛ نافلزی است که به طور طبیعی در تمامی سلول های جانداران وجود دارد. عدد اتمی6 و جرم اتمی12 دارد. 19درصد وزن بدن انسان را تشکیل داده و بخش مهمی از پروتئین ها، کربوهیدرات ها، چربی ها و اسیدهای نوکلئیک می باشد. کربن به همراه اتم هیدروژن عنصر اصلی تمام سوخت های فسیلی، زغال، نفت و گاز طبیعی است. کربن در مواد مصنوعی مانند کامپوزیت ها به صورت الیاف کربن، یا الیاف شیشه، به عنوان تقویت کننده استفاده می شود. مواد مرکب کربن سبک و مستحکم اند و کاربردهای وسیعی در زمینه هوافضا و خودروسازی دارند. از الیاف کربن در قایق های بادبانی و دوچرخه های پیشرفته استفاده می شود. کربن در کالاهای مصرفی مانند کامپیوترهای لپ تاپ، چوب های ماهی گیری و راکت های تنیس نیز استفاده می شود.
[h=2]آلوتروپ های کربن

آلوتروپ های (اشکال) متنوعی از کربن وجود دارد که در خواص، نانوساختار (ساختار مولکولی) و کاربردها، تفاوت بسیار زیادی با هم دارند. این اشکال شامل حالت های شکل(آمورف)، گرافیت، الماس و فولرین هستند. به ساختار غیرمنظم یا غیرکریستالی ساختار آمورف اطلاق می شود. مثلاً دوده، کربن آمورفی به شکل یک پودر سیاه رنگ است که از سوخت ناقص حاصل می گردد. شیشه، زمرد، واکس، لاستیک و پلاستیک ها نمونه های دیگری از مواد بی شکل هستند. کربن آمورف در شهاب ها نیز مشاهده شده است. سایر ساختارهای کربن اشکال کریستالی و خواص مشخصی دارند. گرافیت با رس ترکیب می شود و به عنوان مغزی در مداد استفاده می شود.

الماس برای مصارف زینتی و یا در نوک مته ها به کار می رود. الماس سخت ترین کانی جهان است الماس به این سبب سخت ومحکم است که اتم های کربنی که آن را تشکیل می دهند بسیار تنگا تنگ یکدیگر قرار گرفته اند.درصد کمی کربن، آهن را به فولاد تبدیل می‌کند. کربن گرافیتی در یک حالت ترد به صورت زغال برای پختن غذا، گریم و ... استفاده می شود. کربن بخشی از ترکیب باروت نیز است. همچنین قرص های زغال در پزشکی برای جذب سموم و زهر از سیستم گوارشی استفاده می شوند.
[h=2]گرافیت در گرافیت شش ضلعی های ِ منتظم کربنی لایه هایی را ایجاد کرده اند که بر روی یکدیگر انباشته شده و هر لایه از طریق پیوندهای ضعیف وان در والس به لایه زیرین متصل است. هنگامی که لایه های گرافیتی در هم پیچیده شوند، نانولوله های کربنی را تشکیل می دهند. در واقع نانولوله، گرافیتیست که به شکل لوله در آمده باشد.در واقع گرافیت یک کانی بسیار نرم شامل پیوندهای ضعیف اتمهای کربن در دو بعد و درست شبیه به یک صفحه صاف است. ساختار تخت و صفحه ای گرافیت آن را به یک روان کننده طبیعی عالی تبدیل کرده است، چون به ورق های نانومتری اجازه می دهد که به راحتی روی هم بلغزند. اگر چه گرافیت نرم است، اما استحکام گرافیت و قابلیت آن در انتقال الکتریسیته این ماده را در فناوری نانو برجسته کرده است. گرافیت از لایه هایی از اتمهای کربن که به صورت شش ضلعی قرار گرفته اند تشکیل شده است. کربن به حالت گرافیت ارزان و بسیار مقاوم است. اگر صفحات گرافیت از هم جدا شوند، به هر یک از این صفحات گرافن گفته می شود.

دو دسته از گرافیت های طبیعی و مصنوعی وجود دارند. کانی های طبیعی گرافیت در پوسته زمین یافت می شوند و گرافیت مصنوعی از کُک نفت تولید می شود. گرافیت در کنار مدادسازی، برای ساخت بوته(ظرف مخصوص ذوب فلز) و قالب ها و ملاقه های حمل مواد مذاب استفاده می شود. مصرف عمده گرافیت به عنوان ماده الکتریکی در ساخت قطعات کربنی در موتورهای الکتریکی است. گرافیت بسیار خالص به مقدار زیاد در تولید میله های هدایت گر در راکتور هسته ای استفاده می شود.

گرافیت یک کانی بسیار نرم شامل پیوندهای ضعیف اتمهای کربن در دو بعد و درست شبیه به یک صفحه صاف است. ساختار تخت و صفحه ای گرافیت آن را به یک روان کننده طبیعی عالی تبدیل کرده است، چون به ورق های نانومتری اجازه می دهد که به راحتی روی هم بلغزند​

 

[parisa]

از گرافیت در کاربردهای فضایی، باتری ها، قطعات کربنی و الکترودهای گرافیتی در کوره های قوس الکتریکی فرایندهای فولادسازی نیز استفاده می گردد. اولین بار چوپانان انگلیسی بودند که سنگ های سیاهی را در کنار ریشه های کنده یک درخت پیدا کردند. ابتدا همه فکر کردند ذغال است اما دیدند نمی سوزد. بعدها متوجه شدند که این جسم وسیله خوبی برای علامت گذاری روی گوسفندان است. خیلی زود مداد از آن ساخته شد. مداد ترکیبی از رس و گرافیت است. بسته به میزان ساخت مداد نشان می دهد که می توان با ترکیب عناصر با هم موادی با خصوصیات جدید ساخت. نانوموادی مانند نانولوله ها و انواع نانوذرات و ذرات نانومتری رس می توانند با نسبت های مختلف با مواد دیگر ترکیب شده و خواصی نو ایجاد کنند.

[h=2]الماس ساختار دیگر کربن یعنی الماس از سخت ترین مواد طبیعی شناخته شده است. الماس اتم های کربنی دارد که به شکل سه بعدی آرایش یافته اند. این ساختار الماس را به ماده بسیار سخت و مناسب برای فرآیندهای برش و سنگ زنی فلزات و سایر مواد تبدیل کرده است. ساختار بینهایت محکم و مقاوم الماس می تواند بر روی سخت ترین سنگها نیز خط بیندازد. برخلاف گرافیت، الماس رسانای خوبی برای الکتریسیته نیست، اما رسانای خوب حرارت است.

کاربرد الماس در محصولات مختلفی شامل دیودهای لیزری و ابزارهای مایکروویو کوچک، پایه مدارهای مجتمع و صفحات مدار است. الماس در حال حاضر به عنوان بخشی از پوشش محافظ در محیط کاری خطرناک استفاده می شود. الماس خصوصیات مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی قابل توجهی دارد. ضریب اصطکاک کم، رسانایی حرارتی بالا، مقاومت الکتریکی بالا، ضریب انبساط حرارتی کم برخی از این خصوصیات به شمار می روند.
[h=2]فولرین فولرین شکل آلوتروپی سوم مواد کربنی بعد از گرافیت و الماس است. یک نام عمومی برای یك دسته ای از مولكول‌ها است كه بـر پایـه‌ كربن خالص شکل گرفته اند و نخستین بار از طریق طیف سنجی شناخته شدند. شکل آنها ممکن است کروی، بیضوی یا استوانه باشد و از مولکول آب بزرگ تر هستند. یك فولرین باکی بال ،مولكولی است كه با استقرار 12پنج ضلعی و 20 شش ضلعی از اتم های کربن کنار هم، مجموعاً از 60 اتم كربن درست شده است. درواقع به صورت 6 ضلعی و 5 ضلعی درکنار هم چیده شده اند و ساختاری را که شبیه به یک توپ فوتبال است بوجود آورده اند.

فولرین، خواص منحصر به فردی دارد. استحکام کششی یک نانولوله فولرین 20 برابر فولاد پر استحکام و چگالی آن نصف آلومینیوم است. بنابراین از فولاد محکم تر و از آلومینیوم سبک تر است. از زمان کشف فولرین ها دانشمندان کاربردهایی را برای این مولکول ها در نظر گرفته اند که می توان استفاده از فولرین در کامپیوتر و حسگرها و استفاده از فضای خالی داخل فولرین برای قرار گرفتن ذره دیگر را نام برد. بیشتر داروسازان به دنبال استفاده از فولرین در دارو برای کنترل آسیب های عصبی بیماری آلزایمر هستند. همچنین استفاده از فولرین در داروها برای تصلب شرایین و استفاده از آن جهت درمان بیماری های رگ بررسی شده است.

تبیان