풀러렌. 발명과 생산의 역사

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풀러렌. 발명과 생산의 역사

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풀러렌, 버키볼 또는 버키볼은 탄소의 동소체 형태에 속하는 분자 화합물이며 짝수 개의 XNUMX배위 탄소 원자로 구성된 볼록 폐쇄 다면체를 나타냅니다. 풀러렌은 엔지니어이자 건축가인 Richard Buckminster Fuller의 이름을 따서 지어졌습니다. 그의 측지선 구조는 이 원리에 따라 만들어졌습니다. 처음에 이 조인트 클래스는 오각형 및 육각형 면만 포함하는 구조로 제한되었습니다.

풀러렌 С60

자연에서 가장 단단한 물질은 다이아몬드입니다. 이 탄소 화합물은 XNUMX개의 동일한 삼각형 면을 가진 피라미드인 사면체 형태의 결정 격자를 가지고 있습니다. 그것의 꼭대기는 XNUMX개의 탄소 원자에 의해 형성됩니다. 삼각형은 매우 단단한 도형으로 부러질 수는 있지만 변형되거나 부서지지는 않습니다. 그렇기 때문에 다이아몬드의 강도는 매우 높습니다.

자연에서 결정은 원자가 아니라 분자로 구성된 격자로 알려져 있습니다. 분자가 충분히 크고 분자 사이의 결합이 강하면 결정 격자가 매우 강합니다. 풀러렌은 다음 조건을 완전히 충족합니다. 직경이 0,5nm보다 크면 1,5nm보다 작은 세포가 있는 결정으로 결합됩니다.

종종 그렇듯이, 풀러렌의 발견은 표적 검색의 결과가 아닙니다. 1980년대에 금속 클러스터의 구조 연구와 관련된 발견이 이루어진 Rice University(Texas)의 R. Smalley 연구실의 주요 작업 방향. 이러한 연구의 기술은 연구 중인 재료의 표면에 대한 레이저 방사선의 강렬한 작용의 결과로 형성되는 입자의 질량 스펙트럼을 측정하는 것을 기반으로 합니다.

풀러렌을 얻기 위한 설치 계획: 1 - 흑연 전극; 2 - 냉각 구리 버스; 3 - 구리 케이싱, 4 - 스프링

"1985년 XNUMX월에 유명한 천체 물리학자 G. Kroto가 Smalley의 연구실에 왔다"고 Alexander Valentinovich Yeletsky는 Soros Educational Journal에서 다음과 같이 말했습니다. 이 문제에 대한 해결책은 천체 물리학에서 오랫동안 지속되어온 탄소 성단과 관련될 수 있으며, 여러분도 알다시피 성간 성단의 기초를 형성합니다. Kroto가 텍사스를 방문한 목적은 Smalley의 실험실 장비를 사용하여 다음을 수행하려는 시도였습니다. 탄소 클러스터의 질량 스펙트럼에서 가능한 구조에 대한 결론을 얻습니다.

실험 결과 참가자들은 충격을 받았습니다. 이전에 연구된 대부분의 클러스터에서 매직 넘버의 전형적인 값은 13, 19, 55 등이며, 원자의 상호 배열에 따라 60과 70의 원자 수와 함께 명확하게 뚜렷한 피크가 관찰되었습니다. 탄소 클러스터의 질량 스펙트럼 유일하게 일관된 탄소 클러스터의 이러한 특징은 탄소 원자가 나중에 풀러렌이라고 하는 안정적인 닫힌 구형 및 회전 타원체 구조를 형성한다는 가설에 의해 설명됩니다.

이 가설은 나중에 더 자세한 연구에 의해 확인되었으며 본질적으로 풀러렌 발견의 기초를 형성했습니다. 풀러렌에 대한 첫 번째 관찰의 출판물은 Kroto가 텍사스에 도착한 지 이미 20일 후에 "Nature" 저널에 보내졌습니다. 이 글에서는 풀러렌의 회전 타원체 모양을 가정하는 것 외에도 내면체 풀러렌 분자, 즉 다른 원소의 하나 이상의 원자를 포함하는 분자의 존재 가능성에 대한 아이디어가 있었습니다. 추가 연구에서 이 가정을 확인했습니다.

이러한 결정의 분자 사이의 거리는 다이아몬드 격자의 원자 사이의 거리보다 작습니다. 또한 두 유형의 세포에는 12-16개의 매우 짧고 강한 분자간 결합을 통해 나머지와 상호 작용하는 "특수" 풀러렌이 있습니다. 이 모든 것이 결정질 풀러라이트의 놀라운 경도를 결정합니다. 이는 다이아몬드 경도보다 XNUMX~XNUMX배 높습니다.

풀러렌 G. Kroto의 발견으로 R. Smalley와 R. Curl이 노벨 화학상을 수상했습니다.

풀러렌 연구의 진정한 붐은 1990년에 시작되었습니다. 이것은 독일 천체 물리학자 W. Kretschmer와 미국 연구원 D. Huffman이 충분한 양의 풀러렌을 얻는 기술을 개발한 후에 일어났습니다. 이 기술은 흑연 전극을 사용한 전기 아크의 열 원자화와 벤젠, 톨루엔과 같은 유기 용매를 사용하여 원자화 제품에서 풀러렌을 추출하는 것을 기반으로 합니다.

이 새로운 기술을 통해 수많은 과학 실험실에서 분자 형태뿐만 아니라 결정 상태에서도 풀러렌을 조사할 수 있었습니다. 그 결과 새로운 발견이 이루어졌습니다. 그래서 1991년 미국 과학자들은 알칼리 금속 원자로 도핑된 풀러렌 결정의 초전도성을 발견했으며, 알칼리 금속의 종류에 따라 임계 온도는 18~40도 Kelvin입니다. 그리고 오늘날까지 풀러렌 분야의 연구 개발은 세계 과학 기술의 최우선 분야 중 하나입니다. 이러한 인기는 풀러렌의 놀라운 물리화학적 특성과 관련이 있으며, 이는 실제 사용 가능성을 열어줍니다.

풀러렌 분자는 전기 음성도가 높습니다. 그들은 자신에게 최대 1개의 자유 전자를 붙일 수 있습니다. 이것은 풀러렌을 강한 산화제로 만듭니다. 그들은 새롭고 흥미로운 특성을 가진 많은 새로운 화합물을 형성할 수 있습니다. 풀러렌의 화합물에는 단일 및 이중 결합이 있는 2원 탄소 고리가 포함됩니다. 따라서 방향족 화합물의 XNUMX차원 유사체로 간주할 수 있습니다. 풀러렌 결정은 밴드 갭이 XNUMX-XNUMX eV인 반도체입니다. 가시광선을 조사하면 광전도성을 나타냅니다.

Ezersky는 "풀러렌의 가능한 기술 적용 범위는 넓습니다. 예를 들어, 풀러렌을 윤활유 첨가제로 사용하면 금속 표면의 마찰 계수를 크게(최대 10배) 감소시키고 따라서 부품 및 어셈블리의 내마모성 풀러렌의 대량 적용을 위한 다른 가능성도 활발하게 개발되고 있습니다. 특히 전통적으로 사용되는 리튬 기반 배터리와 달리 새로운 유형의 충전식 배터리 생성과 관련하여 전극의 파괴.

의학 및 약리학에서 풀러렌을 사용하는 문제는 특별한 주의를 기울일 필요가 있습니다. 이 문제의 성공적인 해결을 가로막는 주요 어려움 중 하나는 인체에 도입되고 치료 작용을 받는 기관에 혈액과 함께 전달될 수 있는 수용성 무독성 풀러렌 화합물의 생성과 관련이 있습니다. 풀러렌 구조 내부에 방사성 동위원소가 박힌 수용성 내면체 풀러렌 화합물(원소의 하나 이상의 원자를 포함하는 풀러렌 분자)을 기반으로 하는 항암제를 만드는 아이디어는 문헌에서 널리 논의되고 있습니다. 이러한 약물을 조직에 도입하면 종양의 영향을 받는 세포에 선택적으로 영향을 미치고 더 이상의 번식을 방지할 수 있습니다."

저자: Musskiy S.A.

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퀸즐랜드의 한 호주 딸기 농장은 폐기물을 최소화하면서 딸기 생산을 극대화할 수 있는 방법을 고안했습니다.

"매년 우리 딸기 찾으러 오는 사람들은 버려야 하는 먹을 수 있는 딸기가 얼마나 많은지 놀라워해요. 그래서 딸기를 가루로 만들거나 과자를 만들어 먹기로 했어요. 이제 딸기를 키워서 얼려서 말려요. , 그리고 나서 베리를 가루와 스낵으로 만들어 우리가 포장하여 슈퍼 제품을 만듭니다."라고 농장 주인은 말합니다.

퀸즐랜드의 한 농장에서는 약 200그루의 딸기를 재배합니다. 신선한 딸기 시즌은 보통 XNUMX월에 시작하여 XNUMX월에 끝납니다. 동일한 제품은 유통 기한이 길고 일년 내내 구입할 수 있습니다.

딸기 가루와 스낵은 특히 관광객과 운동 선수들 사이에서 수요가 많습니다. 분말 25테이블스푼(250g)은 신선한 딸기 XNUMXg에 해당하기 때문입니다.

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