فولرن ها و کاربرد آنها در علم و تکنولوژی

کربن ششمین عنصر جدول تناوبی از عناصر موجود در طبیعت می باشد و مصارف متعددی در زندگی روزمره دارد. با توجه به نقش محوری کربن در شیمی آلی، می تواند ترکیبات مختلفی را با مواد آلی و معدنی ایجاد کند. دو ایزوتوپ اصلی کربن 12C و 13C هستند که در طبیعت موجود است. این عناصر دارای چرخش اسپین بوده و همین خاصیت در 13C خواص ویژه ای به آن می دهد و توسط NMR قابل اندازه گیری است. کربن یکی از پایدارترین عناصر است که تا کنون توسط بشر شناخته شده است. عناصر کربن به اشکال مختلفی وجود دارند که به شکل آلئوتروپ های پیچیده بروز می کنند. امروزه منبع اصلی کربن در منابع زغال سنگ می باشد. 3 نوع آلئوتروپ کربن که در طبیعت یافت می شوند عبارتند از: گرافیت، الماس و کربن آمورف یا فولرن ها. مشخصه ای که کربن را از لحاظ کیفی برای مصارف گوناگون مورد توجه قرار می دهد قابلیت ترکیب آن با عناصر و ترکیبات موثر دیگر است.
فولرین ساختاری مثل گرافیت دارد اما بجای بخشهای تماما” شش ضلعی، حاوی پنج ضلعیها (یا احتمالا” هفت ضلعیهای) اتمهای کربن نیز میباشند که ورقه را به شکل کره، بیضی یا استوانه بوجود میآورند.

خواص فولرن ها

طرح زیبا و منحصربفرد فولرن ها و خواص شگفت انگیز این مولکول ها توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. پایدارترین و فراوان ترین فولرن ها انواع C60 و C70 هستند. بنابراین خواص ذکر شده در مورد فولرن ها نیز اغلب متعلق به این دو نوع می باشد. اتمهای کربن در مولکول فولرن در میان اربیتال های هیبریدی SP2 و SP3 قرار دارند. C60 و C70 ظرفیت احیایی تا 6 الکترون را دارا می باشند. این تمایل بالا برای الکترون، ناشی از پائین ترین اربیتال مولکولی خالی در آنها می باشد. البته اکسیداسیون هم در آنها ملاحظه شده است. لیکن فرایند اکسیداسون برگشت پذیر می باشد. فولرن ها مولکول های بسیار مقاومی هستند که قادر به تحمل فشارهای بالا می باشند. بطوریکه حتی بعد از تحمل فشارهای بالای 3000 اتمسفر، سریعا به شکل اولیه خود برمی گردند. محاسبات تئوری نشان داده که زمانی که تک مولکول C60 تا 75 درصد سایز خود فشرده می شود، دارای مدول بالکی موثر، معادل 668 گیگاپاسکال می باشند. این مشخصه نشان می دهد که فولرن مقاوم تر از استیل با مدول 160 گیگاپاسکال و الماس با مدول 442 گیگاپاسکال می باشد. الکترون های غیر متمرکز “پی” در فولرن ها رزونانس نوری غیرخطی بزرگی را ایجاد می کنند. این مولکول ها دارای توانایی بالایی در محدود کردن نور و اندیس انعکاس می باشد.

کاربرد ها

سلول های خورشیدی
ذخیره ساز گاز هیدروژن
تقویت کننده و سخت کننده فلزات
ماده آغازگر یا پری کرسر برای الماس
کاهنده های نوری
سنسور های مبتنی بر فولرن
سیم یا قفس مولکولی
داروسازی و پژشکی
حبس اتم های غیر کربنی در مولکول فورن

فولرن ها به عنوان سومین شکل کربن، در دانش و تکنولوژی جایگاه ویژه ای را کسب نموده اند. امروزه فولرن ها به دلیل دارا بودن خواص کاربردی منحصربفرد، به عنوان محوری کلیدی در تحقیقات دانشگاهی و صنعتی مطرح هستند. فولرن ها امروزه در مصارف روزمره نیز مورد استفاده قرار گرفته اند و اغلب در مواد آرایشی و بهداشتی به عنوان آنتی اکسیدان به کار گرفته شده اند و در صورت امکان تهیه با روش های ارزان تر می تواند با قیمت مناسب تر و توجیه اقتصادی مناسب در اختیار صنایع قرار گیرد.

تهیه و تنظیم: نانوکرت