Углеро́дная нанопе́на — аллотропная модификация углерода , представляющая собой мельчайшую сетку из углеродных нанотрубок и кластеров.

Структура

Нанопена состоит из углеродных кластеров низкой плотности, нанизанных на нерегулярную трёхмерную сетку с периодом 5,6±0,4 Å . Каждый кластер имеет диаметр около 6 нм и содержит порядка 12000 атомов углерода, соединённых в графитоподобные слои, имеющие отрицательную кривизну , благодаря семиугольным включениям в шестиугольную структуру. Это противоположно структуре фуллеренов, у которых углеродные слои имеют положительную кривизну из-за пятиугольных включений. Крупномасштабная структура углеродной нанопены сходна с аэрогелем , но её плотность в 100 раз меньше плотности .

Содержание водорода — менее 100 млн ⁻¹ , совокупное содержание других атомов — менее 500 млн ⁻¹ (в том числе Fe + Ni — менее 110 млн ⁻¹ ) .

Физические свойства

Углеродная пена представляет собой очень лёгкий порошок чёрного цвета. Плотность нанопены — порядка 2÷10 мг/см³ . Это одно из самых лёгких твёрдых веществ (для сравнения, плотность воздуха 1,2÷1,3 мг/см³) .

Углеродная нанопена имеет большое удельное сопротивление 10÷30 МОм·м (при комнатной температуре) которое убывает с нагреванием, то есть она является полупроводником . Таким образом, электропроводность нанопены гораздо меньше, чем у углеродного аэрогеля. Это связано с тем, что углеродная нанопена имеет многочисленные неспаренные электроны , наличие которых Роде объяснил тем, что в ней содержатся атомы углерода с тремя связями. Это обусловливает полупроводниковые свойства нанопены.

Углеродная нанопена обладает сильными парамагнитными свойствами , а при температуре ниже ~92 К ( точка Кюри ) становится ферромагнетиком с узкой петлёй гистерезиса . Поле насыщения — 0,42 СГСМ-ед./г . Она имеет «постоянный» магнитный момент сразу после изготовления, но это состояние сохраняется лишь в течение пары часов. Это единственная форма углерода, которая притягивается к магниту при комнатной температуре .

История открытия

Впервые получена в 1997 году группой учёных из Австралии , Греции и России , работавшей в Австралийском Национальном университете в Канберре под руководством при исследовании взаимодействия лазерного излучения с углеродом. В опыте использовался Nd:YAG-лазер с частотой следования импульсов 10 кГц

Получение

Углеродную нанопену получают лазерной абляцией стеклоуглерода в среде аргона при давлении ~1÷100 Торр . При этом углерод нагревается до 10000 °C и застывает в форме нанопены.

Применение

Благодаря очень маленькой плотности (2÷10 мг/см³) и большой площади поверхности (300÷400 м²/г), углеродная нанопена может быть использована для хранения водорода в .

Полупроводниковые свойства нанопены могут быть использованы в электронике .

Химическая нейтральность и стойкость нанопены открывает широкие возможности применения нанопены в медицине:

• магнитные свойства нанопены позволяют вводить её в кровоток и отслеживать течение крови в мельчайших капиллярах при помощи магнитно-резонансной томографии ;
• поскольку нанопена хорошо поглощает инфракрасное излучение , то, введя её в опухоль , можно было бы уничтожить последнюю, облучая инфракрасным светом, поскольку нанопена нагревалась бы гораздо сильнее, чем соседние здоровые ткани.

Ссылки

• от 24 ноября 2005 на Wayback Machine — Membrana.ru
• — ABC Science Online

Примечания