Alotropia - zjawisko występowania różnych odmian tego samego pierwiastka chemicznego różniących się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Odmiany alotropowe pierwiastka mogą różnić się między sobą budową kryształów lub liczbą atomów w cząsteczce.
Odmiany alotropowe węgla: grafit, diament, fuleren, grafem, lausdelit.
Grafit - pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Stosowany jako naturalny suchy smar. Jest - obok diamentu i fulerytu - odmianą alotropową węgla. Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału.
Właściwości
Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło
Odporny na wysoką temperaturę
W przyrodzie bardzo rzadko spotyka się dobrze wykształcone kryształy grafitu. Najczęściej występuje w postaci agregatów łuseczkowych, blaszkowych lub w formie zbitej masy o szaroczarnej barwie. Jest minerałem giętkim, ale nie jest sprężysty. Jest krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku jest tłusty i brudzący.
Diament -minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Nazwa pochodzi od gr. = "niepokonany, niezniszczalny" i nawiązuje do wyjątkowej twardości tego minerału. Jest najtwardszą znaną substancją z występujących w przyrodzie.
Właściwości
Dobra przewodność cieplna: 2000W/(m*K) wynikającą z efektywnego przewodnictwa fononowego
Jest izolatorem, z wyjątkiem diamentu niebieskiego, który jest półprzewodnikiem
Jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad
Może zawierać wrostki innych minerałów
Tworzy zazwyczaj niewielkie kryształy przyjmujące postać ośmiościanu, rzadziej sześcianu. Duża część kryształów ma zaokrąglone kształty oraz wykazuje zbliźniaczenia. W przyrodzie stanowi jedną z pięciu, obok grafitu, fulerenów, nanopianki i nanorurek, odmian alotropowych węgla.
Jest kruchy (rozpryskuje się pod wpływem uderzenia), przezroczysty; zwykle zawiera śladowe ilości azotu, glinu, boru, manganu, krzemu, magnezu, chromu.
Są w nim spotykane różne wrostki mineralne reprezentowane przez: oliwin, granat, pirop, pirotyn, ilmenit, rutyl, grafit, diopsyd, spinel oraz wcześniej wykrystalizowane diamenty. Rodzaj tych inkluzji pozwala na precyzyjne określenie miejsca pochodzenia danego kamienia. Minerał bardzo rzadki.
Fulerencząsteczki składające się z parzystej liczby atomów węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę. Cząsteczki fulerenów zawierają od 28 do ok. 1500 atomów węgla.Właściwości chemiczne fulerenów są zbliżone pod wieloma względami do węglowodorów aromatycznych. Fuleryt, kryształ molekularny zbudowany z fulerenów, jest odmianą alotropową węgla. Fulereny są czarnymi ciałami stałymi o metalicznym połysku. Posiadają własności nadprzewodzące i półprzewodnikowe. Ich własności chemiczne są zbliżone do sprzężonych węglowodorów aromatycznych, choć reakcje z ich udziałem wymagają zwykle drastyczniejszych warunków. Ulegają, między innymi, reakcji addycji Friedla-Craftsa. Ich unikalną własnością jest możliwość zamykania w ich wnętrzu innych cząsteczek. Gęstość wynosi 1,65g/cm³.
Grafen - jedna z alotropowych form węgla, odkryta w 2004 roku przez grupę brytyjsko-rosyjską[1]. Grafen zbudowany jest z pojedynczej warstwy atomów węgla tworzących połączone pierścienie sześcioczłonowe i może być uważany za ostatni element szeregu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych[2]. Ponieważ grubość materiału wynosi jeden atom, tę formę określa się jako dwuwymiarową (dokładniej dwuwymiarową strukturę atomów węgla ułożonych w sieć heksagonalną). Długość wiązań węgiel-węgiel wynosi ok. 1,42 Å, czyli 0,142 nanometra. Atomy węgla tworzą w grafenie płaską, praktycznie dwuwymiarową siatkę o sześciokątnych oczkach, której struktura przypomina plaster miodu.Właściwości Bardzo dobry przewodnik ciepła - zmierzona przewodność cieplna wynosi od 4840±440 do 5300±480 W/mK (dla porównania srebro - 429 W/mK) Posiada niewielką rezystancję. Bardzo wysoka ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej przy założeniu jedynie rozpraszania na fononach μ = 200 000 cm²/Vs (dla porównania krzem - 1500 cm²/Vs, arsenek galu - 8500 cm²/Vs).Prędkość przepływu elektronów, wynosząca 1/300 prędkości światła, umożliwia badanie efektów relatywistycznych dla elektronu poruszającego się w przewodniku.Jest niemal całkowicie przezroczysty (pochłania tylko 2,3 proc. światła), przez jego warstwę nie przechodzą nawet atomy helu. Jest ponad 100 razy mocniejszy niż stal, a zarazem tak elastyczny, że można go bez szkody rozciągnąć o 20 procent.Zastosowanie Materiał ten ma szansę w wielu zastosowaniach zastąpić krzem[4][5]. Naukowcy amerykańskiego zbudowali eksperymentalny grafenowy układ, jako mnożnik częstotliwości, co oznacza, że jest w stanie odebrać przychodzący sygnał elektryczny pewnej częstotliwości i wyprodukować sygnał wychodzący, będący wielokrotnością tej częstotliwości. W tym przypadku, układ stworzony przez MIT podwoił częstotliwość elektromagnetycznego sygnału.. Przejrzystość i znakomite przewodnictwo sprawiają, że grafen nadaje się do wytwarzania przejrzystych, zwijanych w rolkę wyświetlaczy dotykowych, źródeł światła czy baterii słonecznych. Czujniki z grafenu potrafią zarejestrować obecność pojedynczej cząsteczki szkodliwej substancji. Jako dodatek do tworzyw sztucznych, grafen może je przekształcić w przewodniki elektryczności, podnosi też odporność na ciepło oraz wytrzymałość mechaniczną. Tak elastyczne i wytrzymałe materiały nadają się do budowy samochodów, samolotów czy pojazdów kosmicznych. Elektrony poruszają się w grafenie z prędkością sięgająca 1/300 prędkości światła, pozwala to wykonywać wiele doświadczeń, które dotąd wymagały użycia akceleratora.
Lonsdaleit - polimorficzna odmiana diamentu o dużej gęstości atomowej znajdowana w meteorytach.Występowanie Lonsdaleit występuje w postaci mikroskopijnych kryształów w meteorytach żelaznych i ureilitach, prawdopodobnie jako minerał szokowy powstający z grafitu (przemiana polimorficzna) w wyniku działania wysokiego ciśnienia i temperatury w chwili zderzenia meteorytu z Ziemią. Właściwości Symulacje komputerowe zachowania lonsdaleitu ściskanego w diamentowym twardościomierzu przeprowadzone przez Zichenga z uniwersytetu w Szanghaju wykazały, że lonsdaleit może być o 58% twardszy od zwykłego diamentu (niższa twardość badanych rzeczywistych próbek lonsdaleitu wynika z obecności zanieczyszczeń). Jeśli badania laboratoryjne potwierdzą wyniki symulacji, to lonsdaleit będzie najtwardszą znaną substancją na Ziemi.
Włókna szklane - włókna chemiczne, otrzymywane ze szkła wodnego i czasami też ze stopionego szkła.Włókna szklane w produkcji laminatów są stosowane najczęściej w postaci mat, tkanin, welonów. Nadają laminatom wysoka wytrzymałość na rozciąganie, sprężystość.Wypełniacze mineralne w technice odlewniczej zwiększają wytrzymałość cieplną, wytrzymałość na ściskanie, często odporność chemiczną itp.MATY SZKLANE - maty z włókna ciętego są produkowane z niezorientowanych włókien szklanych sklejonych lepiszczem typu emulsyjnego lub proszkowego określającego charakter produktu.TKANINY SZKLANE - produkowane są z pasm włókna szklanego lub rowingu.najczęściej tkaniny produkowane są z jednakowym watkiem i osnową, ale także jako tkaniny jednokierunkowe i taśmy.PRZEKŁADKIROWING CIĄGŁY - równoległe, podwójne włókno szklane bez skręcenia ( typowa ilość włókien podstawowych 400 do 1600) . Zastosowanie: natrysk, cięcie, odlewanie odśrodkowe, SMC/BMC.ROWING CIĘTY - krótkie włókna szklane. Zastosowanie: do wzmacniania żywic poliestrowych i fenolowych (długość włókien od 3 do 24 mm).
Włókno węglowe (włókno karbonizowane) - włókno powstające w wyniku kontrolowanej pirolizy poliakrylonitrylu i innych polimerów organicznych, składające się prawie wyłącznie z rozciągniętych struktur węglowych podobnych chemicznie do grafitu.
Ich wysoce zorganizowana struktura nadaje im dużą wytrzymałość mechaniczną, a fakt, że składają się prawie wyłącznie z grafitu powoduje że są one nietopliwe i odporne chemicznie. Włókna te są stosowane jako materiał konstrukcyjny w wielu laminatach, które wspólnie nazywa się czasami „karbonami”. Włókno karbonizowane jest siedem razy lżejsze i jednocześnie sześć razy wytrzymalsze niż stal.Włókna te dzieli się na dwa rodzaje: 1. włókna węglowe, które zawierają 80-98% węgla, ich grafitowa struktura jest słabo rozwinięta i mało zorientowana; włókna węglowe z poliakrylonitrylu mają moduł Younga E około 90 GPa, a wytrzymałość na rozciąganie Rr około 900 MPa
2. włókna grafitowe zawierają ok. 99% węgla z dobrze wykształconą i zorientowaną grafitową strukturą krystaliczną. Włókno grafitowe z poliakrylonitrylu mają moduł E około 420 Gpa, wytrzymałość Rr około 2500 MPa.Włókno węglowe stosowane jest coraz częściej w przemyśle jako zbrojenie laminatów opartych na żywicach epoksydowych wysokiej jakości. Stosowane jest szczególnie tam gdzie wymagana jest wysoka wytrzymałość produktu w połączeniu z małym ciężarem. Przykładowo przemysł energetyczny wykorzystuje takie laminaty do produkcji łopat elektrowni wiatrowych, w przemyśle lotniczym do wytwarzania śmigieł i komponentów wzmacniających strukturę kadłuba i skrzydeł, w produkcji jachtów do elementów szczególnie narażonych na duże obciążenia jak stery, miecze, maszty, kadłub, a nawet jako wzmocnienie żagli. Od dawna materiał ten stosowany jest w dziedzinie sportów ekstremalnych, bolidy Formuły 1.
Kevlar - polimer z grupy poliamidów, a dokładniej aramidów, z którego przędzie się włókna sztuczne o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie. Kevlar został wynaleziony w laboratoriach DuPont w 1965 przez zespół badaczy pod kierunkiem Stephanie Kwolek. "Kevlar" jest nazwą handlową firmy DuPont. Inne zarejestrowane nazwy handlowe to "Twaron" firmy Teijin Twaron.Właściwości Kevlar nie rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych, ale rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym. Jest około 5 i pół raza lżejszy od stali - jego gęstość wynosi 1,44 g/cm³.Swoją wytrzymałość zawdzięcza głównie sposobowi przędzenia włókien. Włókna te wyciąga się ze stopionego kevlaru, który generuje w stopie fazę ciekłokrystaliczną. Dzięki temu, wyciągane włókno wykazuje wysoki stopień organizacji cząsteczek, nieosiągalny w przypadku przędzenia włókien ze zwykłego poliamidu. Uporządkowanie ciekłokrystaliczne jest "zamrażane" w stanie stałym dzięki występowaniu licznych wiązań wodorowych, które powstają w trakcie krzepnięcia włókien spontanicznie pomiędzy polarnymi grupami amidowymi .ZastosowanieKevlar to materiał, z którego produkowane są włókna stosowane m.in. w kamizelkach kuloodpornych, kaskach i hełmach ochronnych, trampolinach, wewnętrznych powłokach nart, rakiet tenisowych i kajaków, a nawet częściach pancerza lotniskowców.Kevlar jest wykorzystywany również w celu zwiększenia wytrzymałości na złamanie i rozciąganie w kablach światłowodowych. W turystyce znalazł zastosowanie przy ochronie szczególnie narażonych na uszkodzenia mechaniczne elementów obuwia i odzieży. W motoryzacji używany jest do wzmocnienia obręczy i innych elementów rowerów i motocykli. Znalazł też zastosowanie przy produkcji membran do głośników. Wykonuje się z niego żagle jachtów regatowych. Jest niepalny, odporny na zużycie i nie przewodzi prądu elektrycznego. Swojej niepalności oraz chłonności zawdzięcza zastosowanie w sprzęcie do pokazów ogniowych, nasącza się go substancją palną o temperaturze spalania do ok. 400 °C (np. naftą). Rozkłada się stopniowo pod wpływem atmosfery i światła słonecznego. W sporcie żużlowym zawodnicy jeżdżą w kombinezonach z kevlaru, jednak jest on coraz częściej zastępowany przez nylon.
Korek jest nazwą potocznie nadaną tkance korkowej formowanej przez drzewa dębów korkowych. Jest to tkanka roślinna zbudowana z martwych mikrokomórek o wyglądzie czternastościennych wielościanów, z przestrzeniami międzykomórkowymi całkowicie wypełnionymi gazową mieszaniną o składzie prawie identycznym jak powietrze. Jeden cm3 tkanki korkowej zawiera ponad 40 milionów takich czternastościennych komórek. Materiał, z którego zbudowana jest komórka, to: 45% suberyny, 27% lignin, 12% celulozy i polysacharydów, 6% taniny, 5% wosku oraz 5% innych substancji. Surowiec korkowy jest dość zróżnicowany, a skala tej różnorodności jest szeroka i uzależniona od różnych czynników wpływających na drzewo przez cały okres jego życia. Wpływ tych czynników można zaobserwować w warstwach kory korkowej podobnie jak w przekroju pnia drzewa.
Można wyróżnić trzy rodzaje tkanki korkowej w całym cyklu życia dębu korkowego.
Virgin - korek dziewiczy, jest to tkanka uzyskana z pierwszego okorowania. Ma nieregularną strukturę.Za przyrost kolejnej warstwy korka odpowiadają komórki peryferyjne, które stają się żywe, ulegają podziałowi (wzrostowi) i dają początek warstwie tworzącej w końcu korek . Warstwa ta to phellogen. Można powiedzieć, że warstwa ta uzyskuje swoją własną tożsamość pod warstwą komórek obumarłych, tworząc kolejne milimetry przyrostu. Po pierwszym okorowaniu (gdy drzewo ma ok. 25-30 lat) nowy phellogen wkrótce zaczyna generować kolejną warstwę korka. Po kolejnych 9 latach powstaje warstwa:
Secondary cork - to pierwsza warstwa w procesie reprodukcji, jest grubsza i bardziej płaska niż virgin.
Najlepszą warstwą do celów produkcyjnych jest: Amadia - o największej miąższości, grubości i o najbardziej regularnej strukturze. Wiek drzewa osiąga wtedy ok. 45-50 lat. Z każdym następnym okorowaniem grubość i jakość kory korkowej rośnie. Procesy okorowania można przeprowadzać nawet do 150 roku życia dębu korkowego
WŁAŚCIWOŚCI KORKA Lekkość,Nieprzepuszczalność dla cieczy i gazów,Obojętność chemiczna,Elastyczność i ściśliwość,Słaba przewodność cieplna,Zdolność pochłaniania drgań,Antystatyczność,Trwałość. Etapy powstawania:Korek pozyskuje się z dębów korkowych,Okorowanie drzewa,Gotowanie bądź parowanie przez 60-75min.Suszenie prze ok3 tyg,Wykonywanie półfabrykatów.