Świat chemii i fizyki jest bardzo obszerny i rozbudowany, ale jak się okazuje wciąż nieodgadniony. Chemia jest nauką, która zajmuje się badaniem natury i własności substancji. Nauka ta, była już znana w starożytności. Od wielu lat chemia rozwija się i odkrywa, coraz to nowe pierwiastki i przeróżne związki. Dość szokującym i nieoczekiwanym zjawiskiem było odkrycie w 1985r przez Harolda Kroto cząsteczki zwanej fulerenem. W moim referacie chciałabym przedstawić zastosowanie fulerenów i nanorurek, ale za nim do tego przejdę należałoby przybliżyć samo pojecie tych nazw. Fuleren jest to cząsteczka składająca się z parzystej liczby atomów węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę. Nazwa "fuleren" pochodzi od nazwiska amerykańskiego architekta R. Buckminster Fullera, który wymyślił pokrycia hal w postaci tzw. kopuł geodezyjnych, opartych na kratownicy pokrytej płytami w kształcie wielokątów foremnych. Pisząc o fulerenach nie można nie wspomnieć o ich budowie i właściwościach. Powierzchnia fulerenów jest układem sprzężonych pierścieni składających się z pięciu i sześciu atomów węgla. Fulereny są czarnymi ciałami stałymi o metalicznym połysku, posiadają własności nadprzewodzące i półprzewodnikowe. Do rodziny fulerenów należą: fulereny właściwe (C60, C70), nanocebulki1, fulereny olbrzymie2 nanorurki. Ich unikalną własnością jest możliwość zamykania w ich wnętrzu cząsteczek których gęstość wynosi 1, 65g/cm3. Fulereny należą do związków słabo rozpuszczalnych, nie rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach praktycznie wcale. Najlepiej rozpuszczają się w rozpuszczalnikach aromatycznych, takich jak benzen3 lub toluen4 i w czterochlorku węgla. Tworzą się wtedy kolorowe roztwory. Roztwór C60 w benzenie ma barwę fioletową, zaś C70 – rubinową. Fuleren jest cząsteczką o rzadkim występowaniu ,gdyż znaleźć go można jedynie w niewielkich ilościach w sadzy węglowej oraz w przestrzeni kosmicznej w otoczeniu wygasłych gwiazd. Odkryto także obecność pewnej ilości fulerenów w niektórych skałach, są to skały występujące w Rosji –szungity5. Jak już wcześniej wspomniałam do rodziny fulerenów należą m.in. nanorurki. Nanorurka, jest to nadcząsteczkowa struktura w postaci walca o pustym środku. Obecnie najlepiej poznanym rodzajem nanorurek są nanorurki węglowe. Najcieńsze nanorurki węglowe, mają średnicę rzędu jednego nanometra,6 a ich długość może być miliony razy większa. Wykazują niezwykłą wytrzymałość na rozrywanie i unikalne własności elektryczne, są również znakomitymi przewodnikami ciepła .Stwierdzono, ze wiązania, z których zbudowane są nanorurki są mocniejsze od wiązań, z których zbudowany jest diament tak wiec nanorurki są bardzo wytrzymale. Typy nanorurek węglowych oraz krótka ich charakterystyka: Nanorurki jednowarstwowe (SWNT) – zbudowane z jednej warstwy atomów, zwiniętej w rurkę o średnicy rzędu nanometra. W przeciwieństwie do nanorurek wielowarstwowych wykazują bardzo przydatne własności elektryczne, dzięki czemu są rozważane, jako główny kandydat do tworzenia przyszłych układów elektronicznych. Nanorurki wielowarstwowe (MWNT) - zbudowane z wielu warstw atomów, ułożonych w odstępach podobnie jak w graficie. Ich własności zależą od liczby warstw. Nanorurki dwuwarstwowe (DWNT) są szczególnie interesujące, ponieważ zachowują przydatne własności jednowarstwowych, a jednocześnie są od nich znacznie odporniejsze chemicznie. Nanotorusy - nanorurki zwinięte w kształt torusa7. Nanotorusy są badane ze względu na zaskakujące własności magnetyczne.
Nanorurki są jednymi z najwytrzymalszych i najsztywniejszych znanych materiałów, natomiast nie są wytrzymałe na zgniatanie. Z powodu elastyczności i pustej struktury łatwo wyginają się i odkształcają pod wpływem sił ściskających lub zginających. Nanorurki udało się również otrzymać na bazie związków nieorganicznych, dzięki czemu można je potencjalnie stosować do produkcji materiałów o wysokiej odporności na przebicie i rozerwanie.
Po omówieniu podstawowych zagadnień dotyczących fulerenów i nanorurek można przejść do omówienia ich zastosowań. Perspektywiczne zastosowanie fulerenów:
Elektronika- Metalofulereny (fulereny z uwięzionym w klatce atomem metalu) mogą być izolatorami, półprzewodnikami, przewodnikami o bardzo zróżnicowanej przewodności zależnej od umieszczonego atomu lub nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi. Stwarza to możliwość tworzenia bardzo zróżnicowanych pod względem przewodnictwa elementów elektronicznych.Uzyskano również radioaktywne kompleksy dzięki umieszczeniu promieniotwórczych izotopów w kontenerze C60. Nadprzewodnictwo-Efekt nadprzewodnictwa fulerenów osiągnięto m.in. umieszczając we wnętrzu fulerenu C60 cząsteczkę bromoformu, to rozdęcie sieci krystalicznej fulerenu zwiększyło jego gęstość elektronową, dodatkowo przyłożenie poprzecznego pola elektrycznego wzmogło przewodnictwo. Tak zmodyfikowany fuleren wykazał nadprzewodnictwo w temperaturach sięgających aż 117 K. Energetyka-Zastosowanie fulerenu, jako kontenera molekularnego dla wodoru daje możliwość budowy ekologicznie czystego pojazdu zasilanego energią elektryczną za pomocą ogniw paliwowych lub silnikiem spalającym wodór. Koncern MER w USA produkuje już atestowane kontenery fulerenowe zawierające wodór, w których zmagazynowanie wodoru wynosi 5% wagowych, przy czym do celów energetycznych wymaga się min 4% stopnia zmagazynowania. Medycyna-Metanofulereny są aktywne biologicznie, oddziałują na wirusy, bakterie, enzymy i żywe komórki. Mogą też być uznane za lancet do selektywnego rozcinania łańcucha DNA.Fulereny są związkami hydrofobowymi, stąd pomysł zastosowania ich do blokowania aktywności wirusa HIV, odpowiedzialnego za szerzenie choroby AIDS. Po przeprowadzeniu symulacji komputerowych przez Friedmana, okazało się, że enzym czynny wirusa ma kształt zbliżony do otwartego na obu końcach cylindra o średnicy niewiele większej niż średnica C60. Wewnętrzna część cylindra prawie całkowicie wypełniona jest hydrofobowymi aminokwasami, poza dwoma resztkami kwasu asparaginowego tworzącego centra aktywne enzymu. Właściwości hydrofobowe sprawiają, że możliwe jest wystąpienie silnego oddziaływania sił van der Waalsa między cząsteczką a miejscem aktywnym enzymu. C60 może wślizgnąć się do środka cylindra i zablokować aktywność HIV. Po opracowaniu pochodnej fulerenu rozpuszczalnej w wodzie udało się potwierdzić teorię doświadczeniami. Okazało się, że już przy małych stężeniach molowych fuleren blokuje enzym czynny HIV. Perspektywiczne zastosowanie nanorurek:, Nanoelektronika-Wykazano, że nanorurki posiadają duże przewodnictwo cieplne, co może skutkować zastępowaniem nimi miedzianych bądź diamentowych odbiorników ciepła z super szybkich procesorów. Można również budować elementy półprzewodnikowe, czego przykładem jest nanorurka zbudowana z części przewodnikowej i półprzewodnikowej. Nanorurki takie powstają w sposób naturalny, zawierają defekt zmieniający geometrię (chiralność) a zatem i właściwości. Mikroskopia sił atomowych AFM- Jednym z najbardziej rozpowszechnionych zastosowań CNT jest możliwość umieszczenia ich, jako detektorów, w AFM oraz STM. W obu przypadkach zastąpienie ostrzy klasycznych przez CNT powoduje znaczną poprawę rozdzielczości oraz trwałości narzędzia. W przypadku zetknięcia sondy z badaną powierzchnią można albo zniszczyć sondę albo zarysować badaną powierzchnię. Sondy z CNT są na tyle wytrzymałe, że nie łamią się przy zetknięciu z badaną powierzchnią i dodatkowo można nimi penetrować wgłębienia i szczeliny występujące na próbce poprzez przesuwanie sondy po powierzchni próbki. Połączenie AFM z CNT daje możliwość stworzenia najbardziej precyzyjnego manipulatora pracującego w trzech osiach. Za jego pomocą możemy "układać" pojedyncze atomy na gładkiej powierzchni np. diamentowej. Ułożenie naprzemienne atomów różnych pierwiastków stwarza możliwość zbudowania najmniejszego molekularnego nośnika danych, gdzie jednemu pierwiastkowi możemy przypisać wartość logiczną 0 a drugiemu 1. Medycyna- Nanorurki wypełnione cieczami są wykorzystywane w medycynie, jako dozowniki lekarstw do ściśle określonych miejsc, komórek czy membran.
Objaśnienia: 1-Nanocebuliki- struktury odkryte w produktach kondensacji monowarstw grafitu, przypominają budową cebule. 2-Fulereny olbrzymie- fulereny o ilości węgla powyżej 500 atomów. 3-Benzen-najprostszy węglowodór aromatyczny. 4-Toluen-zwiazek chemiczny stosowany jako rozpuszczalnik. 5-Szungity-bezpostaciowy węgiel kopalniany o największej zawartości pierwiastka węgla. 6-Nanometr-podwielokrotnosc metra.1nanometr =10-9. 7-Torus-dwu wymiarowa powierzchnia geometryczna leżąca w przestrzeni trójwymiarowej.