بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
معرفی انواع صورتهای کربن (1)
اسلاید 2 :
نانوساختارها
نانوساختارهای کربنی
اسلاید 3 :
انواع گونه های کربن
ساختارهای کربنی گستره وسیعی از تنوع و کاربرد را در شیمی به خود اختصاص دادهاند.
این گستردگی به دلیل شیمی خاص اتمهای کربن است.
اسلاید 4 :
انواع گونه های کربن
کربن در انواع میکروسکوپی مختلفی وجود دارد:
گرافیت
الماس
کربنهای بی شکل (آمورف)
فولرن (Fullerene)
نانو الیاف کربنی (Carbon Nanofibers, CNFs)
نانولوله های کربنی (Carbon Nanotubes, CNTs)
گرافن (Graphene)
اسلاید 5 :
انواع گونه های کربن
اسلاید 6 :
انواع گونه های کربن
گرافن جدیدترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد.
فولرن به عنوان یک نانوماده صفر بعدی (D-0) درنظر گرفته میشود.
نانولوله های کربنی به عنوان نانوماده یک بعدی (D-1) درنظر گرفته میشود.
گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی (D-3) درنظر گرفته میشود.
در زیر خصوصیات و شاخصه فرمهای مختلف کربن آورده شده است:
اسلاید 7 :
گرافیت
گرافیت از یک ساختار شش وجهی با اتمهای کربنی که در یک پیکربندی با پیوندهای هیبرید شده sp2 منظم شده اند، تشکیل شده است.
این ترتیب اتمی منجر به تشکیل صفحات لایه ای یا ورقه های (Sheet) گرافن با فاصله 3/354 آنگستروم شده است.
پیوند کووالانسی قوی بین اتمها در ورقه گرافن وجود دارد.
اسلاید 8 :
گرافیت
بر خلاف الماس، نیروهای ضعیف واندروالس بین صفحات لایه ای وجود دارد تا آنها را کنار هم نگه دارد.
به دلیل این برهمکنشهای ضعیف ورقه های گرافن (یک تک لایه از گرافیت) در سراسر هر لایه روی هم می لغزند وخصوصیت یک روان کننده خوب را به این ماده می دهند.
اسلاید 9 :
گرافیت
انواع دیگری از مواد کربنی با هیبربد sp2 وجود دارند.
زمانی که ابعاد صفحه ای ورقه های گرافن کوچک است و فاصله بین آنها بزرگ باشد، این کربن به عنوان غیر متبلور (آمورف) طبقه بندی می شود.
پودرها، کربن شیشه ای از جمله مواد آمورف محسوب می شوند.
اسلاید 10 :
گرافیت پیرولیتی با نظم بسیار بالا (Highly Oriented Pyrolytic Graphite-HOPG)
گرافیت پیرولیتی با نظم بسیار بالا یک نوع ویژه از کربن است که مشابه با یک فلز تک بلور (Single Crystal) می باشد.
این نوع کربن با در معرض قرار دادن گرافیت پیرولیتی، ماده ای که از تخریب گازهای هیدروکربنی روی یک سطح داغ تشکیل می شود، در فشار و دمای بالا بدست می آید.
اسلاید 11 :
گرافیت پیرولیتی با نظم بسیار بالا (Highly Oriented Pyrolytic Graphite-HOPG)
این فرم از یک آرایش لایه ای از صفحات پلی آروماتیک به هم چسبیده (ورقه های گرافنی) با یک سبک نسبتاً شطرنجی که روی هم انباشته شده اند، تشکیل شده است.
این ماده Turbostratic است، یعنی ورقه های گرافنی جهت گیری زاویه ای اتفاقی نسبت به یکدیگر دارند.
فاصله بین این صفحات به طور کلی گستره بینA° 3/39-3/35 است.
ترتیب های سازمان یافته از این ورقه های گرافنی، بلورهایی با پارامترهای ابعادی L (ارتفاع انباشته) La (عرض صفحه لایه ای) و d ( فاصله بین صفحه ای) نامیده می شوند.
اسلاید 12 :
L اندازه میانگین از میکرو کریستالیت گرافنی در طول محورx است که همیشه در صفحه شبکه شش وجهی قرار گرفته است.
LCA به طول پیوسته ورقه گرافن انباشته شده در جهت عمود بر L اشاره دارد.
این پارامترها توسط اندازه گیری های پراش پرتو (X-ray Diffraction, XRD) x به دست می آیند که معمولاً برای پیشگویی بسیاری از خصوصیات مواد کافی هستند.
سطح شش وجهی که عمود بر محور C است به عنوان بنیان صفحه”Basal Plane” در نظر گرفته می شود و در مقابل سطح برشی که به موازات محور C است لبه صفحه “Edge Plane” نامیده می شود.
اسلاید 13 :
تکنیک طیفسنجی رامان (Raman Spectroscopy) ابزار مناسبی برای شناسایی و بررسی خصوصیات میکروساختارهای مواد کربنی است.
دلیل این که (HOPG) شبیه یک فلز تک بلور است، آرایش منظم اتمهای کربن در صفحات گرافنی است.
در یک صفحه لایه ای، هر اتم کربن به سه اتم دیگر پیوند شده است.
فاصله بین اتمهای کربن همسایه 1/42 است که این مقدار بسیار نزدیک به فاصله پیوندی C-C در بنزن است.
علاوه بر نظم بسیار بالا سطح نیز بسیار صاف و با ابعاد نسبتاً بالا (میکرومتری) است.
اسلاید 14 :
الماس (Diamond)
بلور الماس مکعبی است و اتمهای کربن در یک پیکربندی چهار وجهی با پیوندهای هیبریدیsp3 مرتب شده اند.
اسلاید 15 :
الماس (Diamond)
پیوند قوی کووالانسی باعث شده تا الماس سخت ترین ماده شناخته شده، محسوب شود.
از جمله کاربردهای مهم تجاری الماس می توان به عنوان سنباده برای سایش و پرداخت فلزات و به عنوان یک پوشش برای ابزارهای برش نام برد.
همچنین فیلمهای آمورف از الماس با مخلوطی از کربنهای پیوند شده با هیبرید sp2 و sp3 نیز وجود دارند. مثل Ta-C.
اسلاید 16 :
الماس واره(Diamondoid)
الماس واره، اشاره به ساختاری دارد که در یک مفهوم وسیع شبیه الماس است.
بدین معنی که ساختاری قوی شامل شبکه های متراکم سه بعدی از پیوندهای کووالانسی است.
عمدتاً از اتمهای ردیف اول و دوم با ظرفیتهای سه یا بیشتر تشکیل شده است.
مثال هایی از این ساختارها یاقوت کبود و دیگر ساختارهای محکم مشابه الماس با جایگزینی اتمهای دیگر مثل N، Si، S و غیره می باشند.
اسلاید 17 :
الماس واره(Diamondoid)
در محتوای شیمی کلاسیک الماس واره اشاره به نوعی از مولکول قفس کربن دارد که به عنوان کوچکترین واحد ساختار قفس یک شبکه کریستال الماس شناخته شده است .
اسلاید 18 :
الماس واره(Diamondoid)
مثالهایی از هیدروکربنهای قفسی
Cuban C8H8
admantane C10H16
twistane یک ایزومر از admantane، C10H16
diamantine C14H20: در آن دو قفسه admantane یافت می شود.
اسلاید 19 :
الماس واره(Diamondoid)
مثالهایی از هیدروکربنهای قفسی
triamantane C18H24 شامل سه قفس admantane
dodecahedrane C20H20
tetramantane C22H28 با چهار قفس admantane
buckminsterfullerene C60
اسلاید 20 :
ترکیبات بین لایه ای گرافیت (Graphite Intercalated Compounds, GICs)
به دلیل نیروهای بین لایه ای ضعیف واندروالسی مربوط به پیوندهایsp2 در گرافیت، GICs ممکن است بوسیله وارد شدن لایه ای از گونه های میهمان بین لایه های گرافیت به عنوان میزبان شکل گیرند.
گونه های میهمان ممکن است اتمی یا مولکولی باشند، مانند فلز قلیای پتاسیم.
در ساختار الماس، پیوندهای بسیار قوی sp3 و Isotropic اجازه ورود لایه های گونه های میهمان را نمی دهند.
