Углеродная нанопена
Углеро́дная нанопе́на — аллотропная модификация углерода, представляющая собой мельчайшую сетку из углеродных нанотрубок и кластеров.
Содержание
Структура
Нанопена состоит из углеродных кластеров низкой плотности, нанизанных на нерегулярную трёхмерную сетку с периодом 5,6±0,4 Å.[1] Каждый кластер имеет диаметр около 6 нм и содержит порядка 12000 атомов углерода,[2] соединённых в графитоподобные слои, имеющие отрицательную кривизну, благодаря семиугольным включениям в шестиугольную структуру. Это противоположно структуре фуллеренов, у которых углеродные слои имеют положительную кривизну из-за пятиугольных включений. Крупномасштабная структура углеродной нанопены сходна с аэрогелем, но её плотность в 100 раз меньше плотности углеродного аэрогеля.
Содержание водорода — менее 100 млн−1, совокупное содержание других атомов — менее 500 млн−1 (в том числе Fe+Ni — менее 110 млн−1).[2]
Физические свойства
Углеродная пена представляет собой очень лёгкий порошок чёрного цвета. Плотность нанопены — порядка 2÷10 мг/см³.[1] Это одно из самых лёгких твёрдых веществ (для сравнения, плотность воздуха 1,2÷1,3 мг/см³).[3]
Углеродная нанопена имеет большое удельное сопротивление 10÷30 МОм·м (при комнатной температуре)[1] которое убывает с нагреванием, то есть она является полупроводником.[4] Таким образом, электропроводность нанопены гораздо меньше, чем у углеродного аэрогеля. Это связано с тем, что углеродная нанопена имеет многочисленные неспаренные электроны, наличие которых Роде объяснил тем, что в ней содержатся атомы углерода с тремя связями. Это обусловливает полупроводниковые свойства нанопены.
Углеродная нанопена обладает сильными парамагнитными свойствами, а при температуре ниже ~92 К (точка Кюри) становится ферромагнетиком с узкой петлёй гистерезиса. Поле насыщения — 0,42 СГСМ-ед./г.[4][5][2] Она имеет «постоянный» магнитный момент сразу после изготовления, но это состояние сохраняется лишь в течение пары часов. Это единственная форма углерода, которая притягивается к магниту при комнатной температуре.[3]
История открытия
Впервые получена в 1997 году группой учёных из Австралии, Греции и России, работавшей в Австралийском Национальном университете в Канберре под руководством Андрея Роде при исследовании взаимодействия лазерного излучения с углеродом. В опыте использовался Nd:YAG-лазер с частотой следования импульсов 10 кГц[1]
Получение
Углеродную нанопену получают лазерной абляцией стеклоуглерода в среде аргона при давлении ~1÷100 Торр.[1][4] При этом углерод нагревается до 10000 °C и застывает в форме нанопены.
Применение
Благодаря очень маленькой плотности (2÷10 мг/см³) и большой площади поверхности (300÷400 м²/г), углеродная нанопена может быть использована для хранения водорода в топливных ячейках.[6]
Полупроводниковые свойства нанопены могут быть использованы в электронике.
Химическая нейтральность и стойкость нанопены открывает широкие возможности применения нанопены в медицине:
- магнитные свойства нанопены позволяют вводить её в кровоток и отслеживать течение крови в мельчайших капиллярах при помощи магнитно-резонансной томографии;[3]
- поскольку нанопена хорошо поглощает инфракрасное излучение, то введя её в опухоль можно было бы уничтожить последнюю, облучая инфракрасным светом, поскольку нанопена нагревалась бы гораздо сильнее, чем соседние, здоровые ткани.
Напишите отзыв о статье "Углеродная нанопена"
Ссылки
- [www.membrana.ru/lenta/?2858 Учёные создали новую форму углерода] — Membrana.ru
- [www.abc.net.au/science/news/stories/s1072968.htm Crazy carbon nanofoam loves magnets] — ABC Science Online
Примечания
- ↑ 1 2 3 4 5 Rode, Andrei V.; et al. (1999). «Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation». Applied Physics A: Materials Science & Processing 69 (7): S755–S758. DOI:10.1007/s003390051522.
- ↑ 1 2 3 Rode A. V. Magnetic properties of novel carbon allotropes // [laserspark.anu.edu.au/Pubs/rode_06_magnetic.pdf Carbon-based magnetism: an overview of the magnetism of metal free carbon-based compounds and materials] / Makarova, Tatiana L.; Palacio, Fernando. — Amsterdam: Elsevier, 2006. — P. 463–482. — ISBN 0444519475.
- ↑ 1 2 3 Phil Schewe, Ben Stein. [www.aip.org/pnu/2004/split/678-1.html Carbon Nanofoam is the First Pure-Carbon Magnet] (англ.), American Institute of Physics (26 March 2004). Проверено 10 сентября 2010.
- ↑ 1 2 3 Rode, A. V.; et al. (2004). «[laserspark.anu.edu.au/Pubs/rode_04_unconventional.pdf Unconventional magnetism in all-carbon nanofoam]». Phys. Rev. B 70: 054407. DOI:10.1103/PhysRevB.70.054407.
- ↑ Rode, A. V.; et al. (2002). «Electronic and magnetic properties of carbon nanofoam produced by high-repetition-rate laser ablation». Applied Surface Science 197–198: 644–649. DOI:10.1016/S0169-4332(02)00433-6.
- ↑ R. Blinc, D. Arčon, P. Umek, T. Apih, F. Milia, A. V. Rode (November 2007). «[onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pssb.200776149/abstract Carbon nanofoam as a potential hydrogen storage material]». Physica Status Solidi (b) 244 (11): 4308–4310. DOI:10.1016/S0169-4332(02)00433-6. Проверено 2010-9-5.
| ||||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Углеродная нанопена
Пьер после сватовства князя Андрея и Наташи, без всякой очевидной причины, вдруг почувствовал невозможность продолжать прежнюю жизнь. Как ни твердо он был убежден в истинах, открытых ему его благодетелем, как ни радостно ему было то первое время увлечения внутренней работой самосовершенствования, которой он предался с таким жаром, после помолвки князя Андрея с Наташей и после смерти Иосифа Алексеевича, о которой он получил известие почти в то же время, – вся прелесть этой прежней жизни вдруг пропала для него. Остался один остов жизни: его дом с блестящею женой, пользовавшеюся теперь милостями одного важного лица, знакомство со всем Петербургом и служба с скучными формальностями. И эта прежняя жизнь вдруг с неожиданной мерзостью представилась Пьеру. Он перестал писать свой дневник, избегал общества братьев, стал опять ездить в клуб, стал опять много пить, опять сблизился с холостыми компаниями и начал вести такую жизнь, что графиня Елена Васильевна сочла нужным сделать ему строгое замечание. Пьер почувствовав, что она была права, и чтобы не компрометировать свою жену, уехал в Москву.
В Москве, как только он въехал в свой огромный дом с засохшими и засыхающими княжнами, с громадной дворней, как только он увидал – проехав по городу – эту Иверскую часовню с бесчисленными огнями свеч перед золотыми ризами, эту Кремлевскую площадь с незаезженным снегом, этих извозчиков и лачужки Сивцева Вражка, увидал стариков московских, ничего не желающих и никуда не спеша доживающих свой век, увидал старушек, московских барынь, московские балы и Московский Английский клуб, – он почувствовал себя дома, в тихом пристанище. Ему стало в Москве покойно, тепло, привычно и грязно, как в старом халате.
Московское общество всё, начиная от старух до детей, как своего давно жданного гостя, которого место всегда было готово и не занято, – приняло Пьера. Для московского света, Пьер был самым милым, добрым, умным веселым, великодушным чудаком, рассеянным и душевным, русским, старого покроя, барином. Кошелек его всегда был пуст, потому что открыт для всех.
Бенефисы, дурные картины, статуи, благотворительные общества, цыгане, школы, подписные обеды, кутежи, масоны, церкви, книги – никто и ничто не получало отказа, и ежели бы не два его друга, занявшие у него много денег и взявшие его под свою опеку, он бы всё роздал. В клубе не было ни обеда, ни вечера без него. Как только он приваливался на свое место на диване после двух бутылок Марго, его окружали, и завязывались толки, споры, шутки. Где ссорились, он – одной своей доброй улыбкой и кстати сказанной шуткой, мирил. Масонские столовые ложи были скучны и вялы, ежели его не было.
Когда после холостого ужина он, с доброй и сладкой улыбкой, сдаваясь на просьбы веселой компании, поднимался, чтобы ехать с ними, между молодежью раздавались радостные, торжественные крики. На балах он танцовал, если не доставало кавалера. Молодые дамы и барышни любили его за то, что он, не ухаживая ни за кем, был со всеми одинаково любезен, особенно после ужина. «Il est charmant, il n'a pas de seхе», [Он очень мил, но не имеет пола,] говорили про него.
Пьер был тем отставным добродушно доживающим свой век в Москве камергером, каких были сотни.
Как бы он ужаснулся, ежели бы семь лет тому назад, когда он только приехал из за границы, кто нибудь сказал бы ему, что ему ничего не нужно искать и выдумывать, что его колея давно пробита, определена предвечно, и что, как он ни вертись, он будет тем, чем были все в его положении. Он не мог бы поверить этому! Разве не он всей душой желал, то произвести республику в России, то самому быть Наполеоном, то философом, то тактиком, победителем Наполеона? Разве не он видел возможность и страстно желал переродить порочный род человеческий и самого себя довести до высшей степени совершенства? Разве не он учреждал и школы и больницы и отпускал своих крестьян на волю?
А вместо всего этого, вот он, богатый муж неверной жены, камергер в отставке, любящий покушать, выпить и расстегнувшись побранить легко правительство, член Московского Английского клуба и всеми любимый член московского общества. Он долго не мог помириться с той мыслью, что он есть тот самый отставной московский камергер, тип которого он так глубоко презирал семь лет тому назад.
Иногда он утешал себя мыслями, что это только так, покамест, он ведет эту жизнь; но потом его ужасала другая мысль, что так, покамест, уже сколько людей входили, как он, со всеми зубами и волосами в эту жизнь и в этот клуб и выходили оттуда без одного зуба и волоса.
В минуты гордости, когда он думал о своем положении, ему казалось, что он совсем другой, особенный от тех отставных камергеров, которых он презирал прежде, что те были пошлые и глупые, довольные и успокоенные своим положением, «а я и теперь всё недоволен, всё мне хочется сделать что то для человечества», – говорил он себе в минуты гордости. «А может быть и все те мои товарищи, точно так же, как и я, бились, искали какой то новой, своей дороги в жизни, и так же как и я силой обстановки, общества, породы, той стихийной силой, против которой не властен человек, были приведены туда же, куда и я», говорил он себе в минуты скромности, и поживши в Москве несколько времени, он не презирал уже, а начинал любить, уважать и жалеть, так же как и себя, своих по судьбе товарищей.
