انجمن نانو ایران

این وبلاگ برای برقراری ارتباط بین علاقه مندان نانو و تبادل اطلاعات با انهاست

تجارت فناوري‌نانو در ژاپن	تعداد بازديد: 354
تاريخ :	28/10/84

مترجم :

علي کريمي

كليد واژه ها :

ژاپن- خطرپذيري- تجارت-

تعداد نظرات: امتياز:

خلاصه

خطرپذيري در فرهنگ تجاري ژاپن چندان جا افتاده نيست و ژاپن را خصوصاً در مقايسه با آمريكا و تايوان به عنوان كشوري مي‌شناسند كه كمتر به دنبال خطرپذيري است. لذا دولت ژاپن به منظور ايجاد انگيزه، كارگشايي و ترغيب شركت‌هاي پيشگام به سرمايه‌گذاري در اين زمينه، برنامه‌ها و سياست‌هاي تشويقي گوناگوني را در برنامه دوم S&T (2001 تا 2005) خود گنجانده است. اين برنامه‌ها شامل موارد زير است: برنامه آموزشي MOT (مديريت و فناوري) در دانشگاه‌ها و مؤسسات ملي، برنامه سرمايه‌گذاري ويژه جهت حمايت از SMEها و تأسيس زيرساخت‌هاي وابسته به دانشگاه‌ها و آزمايشگاه‌هاي ملي براي تجارت خطرپذير و برنامه‌هاي ديگر. جالب آن كه ميزان سرمايه‌گذاري آمريكا و ژاپن در زمينه علم و فناوري نانو مشابه است ولي در عين حال، ميزان سرمايه‌گذاري خطرپذير ژاپن كمتر از 10% مقدار مشابه خود در آمريكا طي 4 سال گذشته (2004-2001) مي‌باشد.
شكل 1 سرمايه‌گذاري خطرپذير طي سال‌هاي 2001 تا 2004 را نشان مي‌دهد. اين مقدار بنا به گزارش آقاي ام‌سانو رئيس Innovation Engine چيزي بين 30 تا 40 ميليون دلار بوده است.
اين شركت تنها شركت سرمايه‌گذاري خطرپذير ژاپن است كه در زمينة فناوري‌نانو سرمايه‌گذاري نموده است (براي جزئيات بيشتر به گزارش قبلي APNW مراجعه نماييد). در طي دهه 90، اغلب تجارت‌هاي خطرپذير ژاپن روي سيستم IST، ريزپردازنده‌هايي چون فناوري‌هاي پرتوالكتروني، و OOLS كه در تحليل نانوساختاري‌ به كار مي‌رود و ابزارهاي تعيين مشخصاتي چون SPM، سرمايه‌گذاري مي‌نمايند البته از سال 2000 سرمايه‌گذاري در زمينة نانوابزار روبه رشد رفته ضمن آنكه سرمايه‌گذاري در زمينه‌هايي از قبيل سيستم‌هاي دارورسان (DDS) و كاربردهاي نانوموادي چون نانولوله‌هاي كربني (CNT) هم در حال فراگير شدن است.
از سال 2001، تعدادي از شركت‌هاي بزرگ ژاپني، شروع به فعاليت و سرمايه‌گذاري در طرح‌هاي R&D تجاري فناوري‌نانو نموده‌اند.
دو شركت برتر توليد لوازم خانگي ژاپن ميتسوبيشي و ميتسوني (Mitsui)، مبلغ 150 ميليون ميليون در زمينة توسعة تجارت نانو در 5 سال آينده، سرمايه‌گذاري كرده‌اند (براي دريافت جزئيات بيشتر به گزارش قبلي APNW مراجعه نماييد). برخي از شركت‌هاي تابعه ميتسوبيشي به تجارت خطرپذير رو آورده و اغلب هم در خطرپذيري‌هاي آمريكايي سرمايه‌گذاري كرده‌اند. هم اكنون سرمايه‌گذاري‌هاي خطرپذير موجود در ژاپن در حال افزايش است و علاوه بر شركت Innovation Engine كه همچنان به تلاش خود در حمايت از خطرپذيري‌هاي فناوري‌نانو ادامه مي‌دهد، سرمايه‌گذاران خطرپذير ديگري هم وجود دارند كه عبارتند از: JAFCO (بزرگ‌ترين سرمايه‌گذار خطرپذير ژاپن) و Dream Incabotors و نيز سرمايه‌هايي كه از سوي بانك‌هايي چون UFJ تأمين مي‌شوند. بنا به گفتة آقاي ام‌سانو رشد سرمايه‌گذاري خطرپذير ژاپن را مي‌توان ناشي از عوامل زير دانست:
الف) سياستگذاري و محيط تجاري: سياست فناوري‌نانوي دولت ژاپن حمايت از شركت‌هاي بزرگي است كه به تجديد ساختار خود اقدام كرده‌اند
ب) تأثير شركت‌هاي بزرگ: برخي شركت‌هاي بزرگ كه به فعاليت در CNT (نظير ميتسوئي) ‌و يا فعاليت در زمينه فولرين‌ها (چون ميتسوبيشي) پرداخته‌اند باعث تقويت حركت در جهت نانو مي‌شوند.
ج) انگيزه‌هاي خارجي: پيشگامي آمريكا در NNT و رشد قوي سرمايه‌گذاري خطرپذير در آن كشور
شركت Innovalion Engine بنا به درخواست METI (وزارت اقتصاد تجارت و صنعت) بررسي را پيرامون شركت‌هايي كه طي سال 2004 به سرمايه‌گذاري خطرپذير در فناوري‌نانو اقدام نموده بودند انجام داد و به يافته‌هاي كليدي زير دست يافت.
1- روند صنعت خطرپذير فناوري‌نانو:
الف) رشد قابل توجهي در تعداد شركت‌هاي سرمايه‌گذار خطرپذير ژاپني كه از سال 1999 به بعد تأسيس شده‌اند و در سال 2002 به اوج خود رسيده ملاحظه شد. براي جزئيات بيشتر شكل 2 را ملاحظه نماييد.
ب) بيش از نيمي از شركت‌هاي سرمايه‌گذار خطرپذير در توكيو و اطراف آن از جمله نواحي پايتخت‌نشين كاناگاوا، چيبا، سايتاما و ايباراكي واقعند.
ج) حدود 40% شركت‌ها با سرمايه‌اي بالغ بر 100 تا 500 هزار دلار و حدود 34% از آنها هم با سرمايه 1 تا 10 ميليون دلار شروع به كار نمودند.

شكل 1- نمودار سرمايه‌گذاري VC فناوري‌نانو ژاپن طي سال‌هاي 2001 تا 2004 داده‌ها بر اساس اطلاعات تخميني Innovalion Engine

د) اكثر اين شركت‌ها بين 21 تا 50 كارمند دارند.
هـ) اكثر اين شركت‌ها (بيش از 50%) فروشي كمتر از 3 ميليون دلار در سال 2003 داشته‌اند.
و) با توجه به قوي بودن جنبة فعاليت‌هاي مربوطه به فناوري ريزپردازنده‌ها و IT/ الكترونيك، بيشتر اين شركت‌هاي خطرپذير هم در اين دو زمينه فعاليت دارند.
2- وضعيت توسعة شركت‌هاي خطرپذير فناوري‌نانو:
الف) تعداد شركت‌هايي كه با حمايت منابع مستقل (كه نه به دانشگاه و آزمايشگاه‌هاي ملي وابسته‌اند و نه به شركت‌هاي اقماري بزرگ‌تر) تأسيس شده‌اند بيش از 50% از كل 85 شركتي است كه درا ين تحقيق مورد بررسي قرار گرفته‌اند.
ب) اكثريت (بيش از 50%) مديران اين شركت‌ها داراي زمينة فعاليت در حوزة فناوري‌اند.
ج) منبع عمدة درآمد فناوري‌نانو فروش ابزارها، قرار دادهاي خدماتي، فروش مواد، فروش وسايل، اعطاي امتياز IP و غيره است.
د) حدود 60% از شركت‌هاي مورد بررسي در اين تحقيق، ادعا مي‌كردند كه به دنبال IPO هستند.
هـ) بيش از 50% اين شركت‌ها به طور مستقل فناوري اصلي خود را (بدون اتكا به فناوري انتقال يافته يا نتايج حاصل از تحقيقات دانشگاه‌ها و مؤسسات يا شركت‌هاي اقماري بزرگتر) توسعه داده‌ بودند.
و) بيش از 75% شركت‌هاي خطرپذير همكاري‌هاي مشترك R&D با دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقيقاتي و شركت‌هاي خصوصي دارند.
هـ) اكثر اين شركت‌ها (54%) به توليد و 20% كاملاً به منابع خارجي وابسته‌اند.
و) مشتريان اصلي شركت‌هاي خطرپذير شركت‌هاي بزرگ، دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقيقاتي‌اند.
ز) معلوم شد كه اكثر شركت‌ها به ميزان كافي محقق و مهندس در زمينة توسعة فناوري ندارند.
ح) اكثر شركت‌ها (71%) از سرمايه‌هاي خطرپذير دولتي استفاده مي‌كنند.
3- مراحل رشد مشخصه‌ها و شركت‌هاي خطرپذير فناوري‌نانو:
الف) اكثر شركت‌هايي كه در 5 سال گذشته تأسيس شده‌اند در مراحل اولية توسعة خود مي‌باشند.
ب) به منظور رشد سالم شركت‌هاي خطرپذير، بهتر است تا تجديد نظرهايي براي بهبود سياست‌گذاري‌هاي دولت در حمايت از آنها در زمينة سرمايه‌گذاري، منابع انساني، تشويق‌هاي مالياتي، استفادة مؤثر از سرمايه‌هاي VC و منابع مالي بانك‌ها، سيستم آموزشي HR مربوط به فناوري‌نانو، SME/ بهبود تصوير تجارت خطرپذير و غيره صورت پذيرد.

شكل 2- تعداد شركت‌هاي خطرپذير فناوري‌نانو كه طي سال‌هاي 1984 تا 2004 تأسيس شده‌اند (Innovalion Engine). محور افقي نشان دهنده سال و محور عمودي نشان دهندة تعداد شركت‌هاست. توجه نماييد كه تعداد اندك اين شركت‌ها در سال 2004 به دليل كامل نبودن اطلاعات جمع‌آوري شده از سوي Innovation Engine است.

ج) همكاري با (يا پشتيباني) شركت‌هاي بزرگ مي‌تواند كمك خوبي جهت تسريع رشد تجارت‌هاي خطرپذير باشد.
يادآور مي‌شود اين گزارش براساس مصاحبه نويسنده با آقاي ام‌سانو و نيز گزارش METI با عنوان بررسي وضعيت شركت‌هاي خطرپذير فناوري‌نانو كه از سوي Innovalion Engine انجام شده و در مارس 2005 به چاپ رسيد تهيه شده بود.
قسمت چهارم: ”وضعيت صنعت فناوري‌نانو در ژاپن“
با توجه به گزارش تحقيقي NEDO با عنوان بررسي امكان استفاده از فناوري‌نانو جهت بهبود تطبيق تجارت معلوم شد كه بيش از 80% شركت‌هاي فناوري‌نانو كه به طور فعال در ژاپن مشغول برنامه‌هاي تجارت و R&D هستند، شركت‌هاي بزرگ (با سرمايه بيش از 10 ميليون دلار و بيش از 1000 كارمند) تشكيل مي‌دهند. در ژاپن، عموماً تصور مي‌شود كه فناوري‌نانو براي رسيدن به مرحله تجاري‌سازي نياز به سرمايه‌گذاريِ هزينه‌بر زيرساختي و برنامه‌هاي بلند مدت R&D دارد و انجام موفقيت‌آميز اين كار براي SMEهاي با كمتر از 300 كارمند و سرماية كمتر از 3 ميليون دلار دشوارتر خواهد بود.

شكل 3- توزيع تعداد شركت‌هايي (كه در تحقيق NEDO مشاركت داشتند) كه در 5 حوزة مختلف فناوري‌نانو فعاليت دارند.

در حال حاضر فناوري‌نانو در ژاپن همچنان غالباً در سطح تحقيقات پايه و محصول R&D به شمار مي‌آيد. دولت ژاپن درصدد تقويت همكاري‌هاي دولت، صنعت و دانشگاه است. در عين حال همچنان چالش‌هايي نظير مالكيت IP، درك كافي از اهداف دو جانبه و اهداف توسعه وجود دارد. به همين نسبت تجاري‌سازي فناوري‌نانو با مشكلات بيشتري چون كمبود HR با كيفيت، واگرايي (همسو نبودن) بخش‌هاي تجارت و تحقيق و نياز بازار همگي از جمله مشكلاتي است كه بايد براي پيشبرد اهداف نانو مرتفع شوند.
در اين گزارش فناوري‌نانو به 5 حوزه تقسيم مي‌شود:
- شبكه/ نانوابزار؛
- نانوبيونيك (الكترونيك زيستي Bionics) ؛
- مواد ابداعي (نانومواد) ؛
- فراوري و اندازه‌گيري‌هاي نانو.
ژاپن پيشگام جهان در زمينة نانوكربن و R&D مربوط به آن است و 30% سهم ثبت اختراعات مربوط به نانولوله‌هاي كربني و 40% ثبت اختراعات مربوط به فولرين‌ها را به خود اختصاص داده است.
اين كشور طي برنامه دوم زيربنايي خود براي سال‌هاي 2005 – 2001، به 1000 هدف تجارت خطرپذير دانشگاهي دست يافته و بيش از 500 شركت خطرپذير زيست‌پزشكي دانشگاهي ايجاد نموده است. كه در بين آنها انتظار مي‌رود 100 شركت طي ده سال آينده به IPO برسند.
تحقيق NEDO نشان داد كه از بين اين 5 حوزة فناوري‌نانو، بيشترين گرايش متوجه نانومواد و پس از آن IT/ الكترونيك و فناوري اندازه‌گيري/ فرآوري‌هاي فوق دقيق مي‌باشد. (شكل3) اغلب اين شركت‌ها اطمينان داشتند كه طرح‌هاي R&D آنها طي پنج سال آينده به ثمر مي‌رسد و يك سوم آنها نيز ادعا مي‌كردند كه براي اين كار به بيش از 5 سال زمان نياز دارند. براي آگاهي از جزئيات، توزيع شكل 4 را ملاحظه كنيد.
تحقيق ديگر NEDO با عنوان بررسي شركت‌هايي با زمينه فناوري‌نانو صورت گرفت و طي آن 131 شركت به درخواست NEDO براي انجام اين تحقيق پاسخ مثبت داده و فهرستي از 343 محصول خود را ارائه نمودند. يكي از نتايج جالب توجهي كه در اين گزارش به دست آمد نشان مي‌دهد كه بيشترين محصولات فناوري‌نانو به شركت‌هايي مربوط مي‌شود كه قبل از سال 1945 تأسيس شده، لذا به نظر مي‌رسد توليد محصولات فناوري‌نانو به زمان نياز دارد و يك شركت لازم است براي رسيدن به مرحله توليد، توانمندي‌هاي لازم را جمع‌آوري كند. در بين اين 343 محصول، گروه اندازه‌گيري و تعيين مشخصات 33%، دسته فناوري‌هاي فرآوري فوق دقيق 26%، گروه مواد 21%، IT/ الكترونيك 7% ، كاربردهاي انرژي/ محيط زيست 7% و بقيه موارد هم 5% را به خود اختصاص داده‌اند.
اين گزارش بر اساس گزارش NEDO FY2004 در ژاپن با عنوان بررسي امكان استفاده از فناوري‌نانو و افزايش سطح استفادة بخش تجارت از آن و گزارش NEDO FY2003 ژاپن با عنوان بررسي شركت‌هاي با محصولات فناوري‌نانو تهيه شده بود.
قسمت پنجم: ”نكات برجسته‌اي پيرامون نقشة راه تجارت فناروي‌نانو در عرصه الكترونيك“
دولت و صنايع ژاپن خصوصاً طي برنامة زيربنايي دوم (2005-2001) در ارتقاي R&D فناوري‌نانو و تجارت آن بسيار فعال بوده‌اند. مؤسسات سرمايه‌گذار دولتي ارتباط تنگاتنگي با صنعت و جوامع R&D داشته‌اند تا به اين ترتيب از وضعيت داخلي و بين‌المللي توسعه و نيز رقابت صنعتي ژاپن درزمينه‌هاي گوناگون مربوط به فناوري‌نانو خصوصاً حوزه‌هاي IT‌/الكترونيك، محيط‌زيست/انرژي/ پيل‌هاي سوختي، مقياس‌سنجي، مهندسي ابزار دقيق/توليد پيشرفته، فضا، مواد پيشرفته/ پوشش‌ها، زيست‌پزشكي/ مراقبت‌هاي بهداشتي آگاه شوند.

شكل 4- زمان لازم براي R&D تا رسيدن به توليد

دولت در راستاي همكاري با صنايع، NGOها و مؤسسات تحقيقاتي، موفق به تهية تعدادي گزارش شده است. اين گزارش‌ها به بيان وضعيت R&D ژاپن، رقابت صنعتي و آمادگي تجارت آن كشور در حوزة فناوري‌نانو مي‌پردازند.
همچنين در اين گزارش‌ها توصيه‌هايي هم به سياستگذاران در زمينة بهبود و ايجاد زيرساخت‌‌ها و تأسيس سيستم‌هاي جديد براي تسريع تجاري‌سازي فناوري‌نانو و گسترش رقابت جهاني ژاپن در زمينة R&D و صنعت، شده است.
مؤسسة NBCI كه يك اتحادية صنعتي فناوري‌نانو است و در سال 2003 تأسيس شده ضمن اعلام نقشة راه تجارت فناوري‌نانوي امسال ژاپن (BRM)، به 8 حوزه راهبردي از كاربرد فناوري‌نانو اشاره نمود كه عبارتند از:
- الكترونيك؛
- كاتاليزورهاي پوشش‌ها/ مواد؛
- مقياس‌سنجي/ ابزارها؛
- زيست پزشكي؛
- توليد / فراوري؛
- هوافضا/ وسايل حمل و نقل؛
- پيل‌هاي سوختي؛
- محيط‌زيست.
ايجاد اين نقشة راه با هماهنگي NBCI از طرف صنعت و با همكاري دولت و دانشگاه انجام شد. با توجه به نقشه راه راهبردي تجارت فناوري‌نانو (كه تا سال 2020 طراحي شده) اميد مي‌رود كه ابزارها و راهنمايي‌هاي لازم براي صنعت ژاپن براي دستيابي به پيشگامي جهاني، همكاري‌هاي R&D سه جانبه دولت، صنعت و دانشگاه فراهم شده و تجارت فناوري‌نانو را تسريع نمايد.
اين نقشة راه مواردي چون هدف روند فناوري‌نانو، محصولات آينده، فناوري و قواعد لازم را در بر خواهد داشت. شوراي مشورتي اين نقشه راه هم شامل افراد سطح بالايي از مؤسسات كليدي R&D ژاپن چون AIST، JAXA، ‌NIMS، دانشگاه اوساكا، دانشگاه كيوتو، دانشگاه بين‌‌الملل، دانشگاه توهوكو، داشنگاه ناگويا و مؤسسة پيشرفتة علم و فناوري ژاپن، تشكيل مي‌دادند.
در بين اين 8 حوزه، الكترونيك بيشترين توجه را به خود اختصاص داده است الكترونيك شامل 4 موضوع زير مي‌شود:
الف) مواد LSI جديد و فراوري شامل نانو CMOS، ابررسانايي/ سيم‌كشي و بسته‌بندي سه بعدي؛
ب) ابزارهاي نانويي جديد شامل CMOS 65 نانومتري، ابزارهاي CNT و غيره.
ج) نانوحسگرها شامل MEMSهاي خودكار؛
د) نمايشگرها شامل تلويزيون‌هايي با صفحة نمايش بزرگ، صفحة نمايش تلفن‌هاي همراه، نمايشگرهاي صفحه تخت‌ها و نمايشگرهاي كاغذ مانند.

+ نوشته شده در سه شنبه هفتم آذر 1385ساعت 20:34 توسط فریبرز چیت ساز |

( نانو لوله ها، فولرين ها و الماس گونه ها )

نسخه قابل چاپ

ارسال براي يک دوست

نانوميله‌هاي الماسي متراكم (84/06/15 )

فيزيك‌دانان آلماني در دانشگاه Bayreuthبا قرار دادن مولكول‌هاي C60 تحت فشار بسيار زياد، ماده‌اي سخت‌تر از الماس ساخته‌اند، که انتظار مي‌رود اين شكل جديد كربن كه به نانوميله‌هاي الماسي متراكم معروف شده، كاربردهاي صنعتي زيادي داشته باشد.
سختي يک ماده توسط ضريب حجمي آن در دماي ثابت، اندازه‌گيري مي‌شود. نانوميله‌هاي الماسي متراكم، داراي ضريب حجمي 491 گيگاپاسكال (GPa) مي‌باشند، در صورتي كه اين ضريب براي الماس‌هاي متداول GPa442 است.
سختي الماسي به خاطر اين است كه هر اتم كربن با پيوندهاي كوالانسي قوي به چهار اتم كربن ديگر متصل شده‌است. اين ماده جديد از ميله‌هاي الماسي ريز به هم پيوسته‌اي ساخته شده است، و هر ميله بلوري به قطر 5 تا 20 نانومتر و طول در حدود 1 ميكرون مي‌باشد.
اين گروه با فشرده كردن مولكول‌هاي C60 تا GPa20 (نزديك 200 برابر فشار جو) و گرم‌كردن همزمان آنها تا 2500 درجه كلوين، اين نانوميله‌هاي الماسي متراكم را ساخته‌اند. اين سنتز به واسطه پرس 5 هزار تني منحصر به فرد دانشگاه Bayreuth كه مي‌تواند به طور همزمان فشار را به GPa 25 و دما را به 2700 درجه كلوين برساند، امكان‌پذير بوده است.
اندازه‌گيري خواص نانوميله‌هاي الماسي نشان مي‌دهد، اين مواد متراكم حدود 3/0% متراكم‌تر از الماس هستند و كمترين تراكم‌پذيري را در بين مواد شناخته شده دارند.
اين گروه علاوه بر تحقيق در زمينه کشف علت سختي زياد اين مواد جديد، اميدوارند از قابليت‌هاي صنعتي اين مواد استفاده كنند.
ويسكايا مدير اين تيم تحقيقاتي مي‌گويد:"ما يك فناوري تازه براي توليد اين مواد جديد در مقياس صنعتي توسعه داده‌ايم و اكنون در جستجوي شركاي مناسب براي استفاده صنعتي از اين فناوري‌ هستيم."
اين محققان نتايج كارشان را در مجله Applied Physic Letter منتشر كرده‌اند.

اين خبر در خبرنامه شماره 91 به چاپ رسيده است
تعداد بازديد : 417

منابع

http://www.nanotechweb.org/articles/news/4/8/16/1

+ نوشته شده در دوشنبه هشتم آبان 1385ساعت 8:1 توسط فریبرز چیت ساز |

جلوگيري از رشد باكتري‌ها با كمك باكي‌بال‌ها (84/04/15 )

محققان دانشگاه وليس و انستيتوي فن‌آوري جرجيا در ايالات متحده آمريكا كشف كرده‌اند، چنانچه مولکول‌هاي C60 در معرض آب قرار گيرند ممکن است توده‌هاي نانو C60تشکيل دهند و اثر مخربي بر روي باكتري‌هاي خاك ‌گذارند. در چنين شرايطي، اين توده‌ها رشد باكتري‌ها و شدت تنفس آنها را محدود مي‌كنند.
ژوزف هيوز از انستيتوي جرجيا عقيده دارد، اين توده‌هاي C60 مواد ضد باكتري خوبي بوده و ممكن است بتوان آنها را مهار كرده و براي كاربردهايي مفيد استفاده كرد، ولي ممكن است سلامتي اكوسيستم‌ها به خطر افتد.
مولكول‌هاي C60 در حلال‌هاي قطبي مثل آب، حلاليت كمتر از 10 ميلي‌گرم در ليتر دارند، اما اين مولكول‌ها مي‌توانند توده‌هاي کلوئيدي نانويي C60با قطر 500- 5 نانومتر تشكيل دهند كه در آب حلاليتي بيش از 100 ميلي‌گرم در ليتر دارند. به عقيدة هيوز آب نمي‌تواند عامل جهت‌گيري اين مواد باشد.
اين گروه، پاسخ نانو C60ها را نسبت به دو نوع باكتري كه معمولاً در خاك وجود دارند آزمايش كرده‌اند. در محيط کم رشد، اين توده‌ها با غلظت‌هاي كم نانو C60ها (4/0 گرم در ليتر) از رشد هر دو نوع باكتري جلوگيري مي‌كنند. در محيطي با رشد زياد، رشد باكتري‌ها تا زماني كه غلظت نانو C60ها بيش از 5/2 ميلي‌گرم در ليتر نشده است، ادامه خواهد داشت. محققان بر اين باورند، اين مسأله شايد به دليل نمكي‌شدن فولرين‌ها در محلول، در اين محيط رشد يا پوشانيده‌شدن آنها با مقدار پروتئين اضافي باشد.
غلظت‌هاي بالاي اين C60 باعث كاهش شدت تنفس مي‌شود، در حالي كه هيدروكسيل فولرين C60 (OH)22-24 بر تنفس تأثيري ندارد.
هيوز و همكارانش همچنين توده‌هايي از نوع C60را كشف كرده‌اند كه ساختار بلوري دارند و اندازه و پايداري‌شان به شرايطي بستگي دارد كه تحت آن شكل مي‌گيرند. اين شرايط عبارتند: ميزان آب اضافي و PH محلول.
اين توده‌ها در محلول‌هايي شبيه آب‌ دريا و آب‌ شور پايدار نيستند، اما در محلول‌هايي با قدرت يوني زير L 05/0 مانند آب‌هاي آزاد، توده‌هاي مذكور تا 15 هفته پايدار مي‌مانند (البته درصدي از آنها نه همه)
فعاليت‌هاي فعلي در ايالات متحده براي استفاده از باكي‌بال‌ها بر مبناي خواص دوده، كربن توده‌اي مي‌باشد.
هيوز مي‌گويد: باكي‌بال‌ها خواص متفاوتي با اين مواد توده‌اي دارند و بايد به طور جداگانه مورد بررسي قرار گيرند.
هيوز مي‌گويد: "همچنان كه اطلاعات ما پيشرفت مي‌كند، مجبوريم آئين‌نامه‌ها و قواعد حفظ سلامتي را اصلاح كنيم. اكنون ما در حال تكميل كردن مطالعات خود هستيم و اين مسأله به ما كمك خواهد كرد كه اين مواد جديد را در با در نظر گرفتن قواعد سلامتي انسان، به كار گيريم تا همچنان كه شاهد پيشرفت صنعت هستيم،‌ شاهد پيشرفت محيط‌زيست نيز باشيم.
اين محققان نتايج کار خود در Environmental Science & Technology گزارش کرده‌اند

+ نوشته شده در دوشنبه هشتم آبان 1385ساعت 8:0 توسط فریبرز چیت ساز |

رؤياي گوردن‌گين در شركت كربن نانوتكنولوژي (81/02/01 )

اگر گوردن‌گين- رئيس شركت كربن نانوتكنولوژي (CNI)- به همين صورت به كار خود ادامه دهد، هركسي كه در اين شركت كار كند، برندة جايزة نوبل خواهدشد.

   شركت هوستون، توليدكنندة نانولوله‌هاي كربني، در روز فقط چند گرم از اين نانولوله‌ها را توليد مي‌كند و نمي‌تواند درخواست متقاضيان را مبني بر تأمين اين محصول جوابگو باشد.

ريچارد اسمالي و همكارانش در دانشگاه رايس، مديريت CNI را كه در اوايل سال 2000، جهت تجاري‌سازي فولرين C6o بوجود آمد بر عهده دارند. اسمالي كه در سال 1996 موفق به اخذ جايزة نوبل در شيمي شد، يكي از سهامداران عمدة اين شركت است.

   دانشگاه رايس، مجوزي انحصاري را بابت فناوري خاص اسمالي به CNI اعطاء كرد و در عوض يك سهم از اين شركت را دريافت كرد.

   استفادة عمده از نانولوله‌ها در صفحه‌هاي نمايشگر تخت، حصار حفاظتي الكترومغناطيسي در تجهيزات الكترونيكي، پليمرهاي رسانا، باتريهاي ليتيمي، فيبرهاي بسيار مقاوم، مبدلهاي انرژي خورشيدي و مواد كامپوزيتي و الكترونيكي است.

گين بعنوان يك استراتژيست فعال و يكي از سرمايه‌گذاران عمدة شركت، در تلاش براي ورود انبوه نانولوله‌ها به بازار است.

   بنابر گفتة آرنولد تك‌ري، رئيس بنياد شيمي هريتاج در فيلادلفيا، گوردن‌گين يكي از معروفترين اشخاصي است كه به ماهيت اشياء مي‌نگرد. وي علاوه بر اينكه حامي فناوريهاي نوين و صنعت نانوتكنولوژي است، تجاري سازي اين فناوريها را نيز از طريق بورسيه‌هايي كه بنياد شيمي هريتاج ارائه مي‌دهد، تشويق مي‌كند. فعاليت اين بنياد، ارتقاء و كمك به فعاليتهاي شيميدانان و دانشمندان در تحقق اهدافشان و همچنين كمك به صنايع توليد مواد شيميايي است.

   از نظر گين هنوز سوددهي اقتصادي اين محصول كاملاً روشن نيست. اما وي معتقد است: "چيزي قوي‌تر از فولاد به خوبي مي‌تواند جاي خود را در بازار پيدا كند."

   گين و شريكش (ويليام مك‌مين) اوايل امسال، حدود 15 ميليون دلار در CNI سرمايه‌گذاري كردند. به عقيده آنها، شركت CNI اولين شركت توليدكنندة انبوه نانولوله‌ها خواهد بود.

   اكنون انبار CNI خالي از نانولوله است و اين شركت نمي‌تواند نياز كارخانه‌هاي مصرف‌كننده را تأمين كند. زيرا تقريبا"تمام صنايع مهم (مانند شركت IBM و جنرال‌الكتريك) نمونه‌هايي از اين مواد را دريافت كرده و به آن نياز دارند.

   گين كه مدرك مهندسي شيمي خود را در سال 1993 از دانشگاه لوئيزانا اخذ كرد، بر اين عقيده است كه توليد نانولوله كربني به صورت انبوه، كار ساده‌اي نيست. زيرا فقط جهت توليد مقدار اندكي از اين ماده نياز به گرم‌كردن مونوكسيدكربن تا ˚c 2000 مي‌باشد.

   شركت نانوتك در تگزاس، پروژه‌ا‌ي است كه جزء سومين كارهاي بازرگاني گين محسوب مي‌شود. شركت توليـد مـواد شيميايي گين در سـال 1988 به شركت پتروليوم اكسيدنتال فروخته‌شد. 135 نفر كارمند اين شركـت كـه 43% موجـودي شركـت بـه آنهـا اختصــاص داشت، سودي معـادل 536 ميليون دلار اخذ كردند. پايين‌ترين سودي كه به كارمندان اين شركت پرداخت شد، برابر بود با 000ر100 دلار.

   اين تجارت و ديگر معاملات، گين را بر آن داشت تا در سال 1997 كتابي را راجع به استراتژيهاي كارش تأليف كند.گين در اين كتاب، با عنوان Every Body Wins! A Life in Free Enterprise به تئوريهاي مديريت بازرگاني خود و چگونگي عملي‌ساختن آنها مي‌پردازد.

   گين در اين كتاب مي‌نويسد: "اكنون در 90 سالگي درحال كار بر روي سومين و مهمترين پروژه‌ام هستم. من درحال كار بر روي يك اكتشاف علمي تست‌نشده هستم كه بوسيلة آن مي‌توان توليد انبوه كربن C60 را عملي ساخت."

   گين اشاره دارد كه اسمالي و دانشگاه رايس از مهمترين سهامداران CNI هستند. البته تمام كارمندان آن از سهامداران شركت هستند. طبق برنامة گين، تا زماني كه توليد افزايش نيافته است تعداد كارمندان شركت فقط چند نفر خواهد بود. علاوه بر باب گوئر، مدير اجرايي CNI، بيشتر كارمندان، پاره‌وقت بوده و همگي استاديار دانشگاه رايس هستند.

(KBR) Kollege Brown & Root واقع در هوستون از ديگر سهامداران اين شركت است.

CNI در اوايل سال 2001، حدود 6000 مترمربع ازفضاي مركزتكنولوژي KBR را درغرب هوستون، جهت تجاري‌سازي نانولوله‌هاي كربني اجاره كرد. KBR همچنين يك توافقنامة خدمات مهندسي را با CNI امضاءكرده‌است که به موجب آن كار طراحي و ساخت‌وسازهاي اين شركت توسط KBR انجام مي‌شود.

به هر حال يك چيز واضح است و آن نياز ما به سرمايه‌گذاريهاي كلان است، زيرا به عقيدة گين: "راه‌اندازي چنين كاري، احتياج به پول فراوان دارد."

تعداد بازديد : 148

منابع

http://cnst.rice.edu/

+ نوشته شده در شنبه ششم آبان 1385ساعت 9:41 توسط فریبرز چیت ساز |

معماري تشكيل C60 (85/07/12 )

علي‌رغم مطالعات زياد انجام گرفته روي مكانيزم تشكيل C60 و فولرين‌هاي بزرگتر مرتبط با آن، امّا هنوز اين مكانيزم به طور كامل شناخته نشده است. به منظور مشخص شدن مكانيزم خودآرايي اتمي اين مواد، يك شبيه‌سازي ديناميكي مولكولي شيمي كوانتومي در دماي بالا روي سيستم‌هاي مدل بخار كربني كه در ابتدا شامل مولكول‌هاي C2 بوده‌اند صورت گرفته است.
اين شبيه‌سازي يك مكانيزم پيوسته‌ را براي نحوه خودآرائي طبيعي قفس‌هاي بسيار منظم فولرين تحت شرايط غيرتعادلي آشكار مي‌سازد. اين مكانيزم به دنبال يك سري فرآيندهاي برگشت‌ناپذير از پلي‌مريزاسيون مولكول‌هاي C2 تا تحريك ارتعاشي فولرين‌هاي بسيار بزرگ صورت مي‌گيرد، به نحوي كه با تبخير مولكول‌هاي C2 منقبض شده و به كره‌هاي كوچك‌تر تبديل مي‌شوند. گونه‌هاي C60 و C70 كوچكترين و از لحاظ سنتيكي پايدارترين گونه‌هاي فرآيند انقباض هستند.
اين محققان نشان دادند كه انرژي پتانسيل مرتبط با رشد قفس فولرين بسيار بزرگ كه با متوسط انحناي خوشه‌اي اندازه‌گيري شده، همواره رو به كاهش است و اين موافق با تئوري عملكردي دانسيته مي‌باشد.
اين مكانيزم تشكيل فولرين بهترين مثال براي خودآرائي ديناميكي است كه به سمت ساختارهاي پراكنده، دور از حالت تعادلي ترموديناميكي، رهبري مي‌كند و اين روش كوچك‌سازي ساختارهاي بسيار بزرگ، يك توضيح واقعي از توزيع اندازه قفس‌ها در يك فرآيند بهينه‌سازي تصادفي سازگار با چندين مشاهدات آزمايشگاهي مهم، ارائه مي‌دهد.

+ نوشته شده در دوشنبه یکم آبان 1385ساعت 20:24 توسط فریبرز چیت ساز |



+ نوشته شده در دوشنبه یکم آبان 1385ساعت 20:22 توسط فریبرز چیت ساز \|


بررسي خواص ترموديناميکي فولرنC60 مقطع کارشناسي ارشد مرکز دانشگاه كاشان - دانشکده علوم - گروه شيمي تاريخ ابلاغ 1381 تاريخ پايان 1383 چکيده باك مينسترفولرن (يافولرن) C60 آلوتروپي جديد بعد از آلوتروپي‌هاي گرافيت و الماسي است كه در سال 1985 توسط كروتو و همكارانش از بخار ليزر گرافيت كشف شده است. در اين پايان‌نامه فركانس‌هاي ارتعاشي فولرن C60 به روش‌هاي نيمه- تجربي PM3 و AM1 توسط برنامه‌ هايپر كم 5 و هايپر كم 7 وسپس با استفاده از مجموعه پايه G3 STO- توسط برنامه گوسين 98 محاسبه شد. همچنين مولكول C60 با مجموعه پايه‌هاي 95D , G31-6G ,31-6G ,31-4 توسط برنامه گوسين 98 اپتيمم شد تا بار الكتريكي مولكول، ممان دو قطبي، طول‌هاي پيوند يگانه و دوگانه، زاوية پيوند، انرژي‌هاي LUMO , HOMO و انرژي كل مورد مطالعه قرار بگيرد. با استفاده از فركانس‌هاي ارتعاشي، ظرفيت گرمايي در حجم ثابت براي مولكول فولرن C60 محاسبه شده است. نيز ظرفيت گرمايي در فشار ثابت با استفاده از معادله تجربي نرست ليندمن بدست آمد. با توجه به معادلات ظرفيت گرمايي دباي وانيشتن دماي دباي، دماي انيشتن محاسبه و در انتها تغييرات ظرفيت گرمايي فولرن C60 به صورت روابطي بر حسب دما بدست آمد.
+ نوشته شده در دوشنبه یکم آبان 1385ساعت 20:17 توسط فریبرز چیت ساز \|


بررسي خواص ترموديناميکي فولرنC60 مقطع کارشناسي ارشد مرکز دانشگاه كاشان - دانشکده علوم - گروه شيمي تاريخ ابلاغ 1381 تاريخ پايان 1383 چکيده باك مينسترفولرن (يافولرن) C60 آلوتروپي جديد بعد از آلوتروپي‌هاي گرافيت و الماسي است كه در سال 1985 توسط كروتو و همكارانش از بخار ليزر گرافيت كشف شده است. در اين پايان‌نامه فركانس‌هاي ارتعاشي فولرن C60 به روش‌هاي نيمه- تجربي PM3 و AM1 توسط برنامه‌ هايپر كم 5 و هايپر كم 7 وسپس با استفاده از مجموعه پايه G3 STO- توسط برنامه گوسين 98 محاسبه شد. همچنين مولكول C60 با مجموعه پايه‌هاي 95D , G31-6G ,31-6G ,31-4 توسط برنامه گوسين 98 اپتيمم شد تا بار الكتريكي مولكول، ممان دو قطبي، طول‌هاي پيوند يگانه و دوگانه، زاوية پيوند، انرژي‌هاي LUMO , HOMO و انرژي كل مورد مطالعه قرار بگيرد. با استفاده از فركانس‌هاي ارتعاشي، ظرفيت گرمايي در حجم ثابت براي مولكول فولرن C60 محاسبه شده است. نيز ظرفيت گرمايي در فشار ثابت با استفاده از معادله تجربي نرست ليندمن بدست آمد. با توجه به معادلات ظرفيت گرمايي دباي وانيشتن دماي دباي، دماي انيشتن محاسبه و در انتها تغييرات ظرفيت گرمايي فولرن C60 به صورت روابطي بر حسب دما بدست آمد.
+ نوشته شده در دوشنبه یکم آبان 1385ساعت 20:17 توسط فریبرز چیت ساز \|

ريسيدن DNA درون پليمرها (85/07/29)	( پايين به بالا, نانو كامپوزيتها و نانو الياف )
محققان دانشگاه كرنل آمريكا موفق شدند با فرآيند الكتروريسندگي، تك مولكول‌هاي DNA را درون نانوالياف‌ پليمري كپسوله كنند. اين مولكول‌هاي DNA تقريباً تا طول كامل‌شان كشيده شدند.... تعداد بازديد : 53

تأثير فناوري نانو بر آموزش شيمي جهان (نگاهي به كنفرانس‌هاي آموزش شيمي در سال 2006) (85/07/29)

( سمينارها, كارگاه هاي آموزشي )

نوزدهمين كنفرانس بين‌المللي آموزش شيمي آيوپاك (انجمن بين‌المللي شيمي محض و كاربردي) بيست و يكم تا بيست و ششم مرداد در شهر سئول كره جنوبي و نوزدهمين كنفرانس دو سالانه آموزش شيمي آمريكا كه با حمايت انجمن شيمي آمريكا (ACS) مرداد ماه امسال برگزار گرديدند. بخش قابل توجهي از مقالات ارايه شده در اين دو كنفرانس به آموزش مفاهيم نانو اختصاص داشت....

+ نوشته شده در دوشنبه یکم آبان 1385ساعت 20:11 توسط فریبرز چیت ساز |

این هم مطلبی در مورد فولرین ها

خلاصه

در اين مقاله، مواردي همچون روشهاي توليد، خواص و کارکردي سازي فولرينها مورد بحث قرار ميگيرد.

اولين فولرين كشف‌شده باكي‌بال بود، كه به علت شباهت با گنبد ژئودزي آرشيتكت معروف باكمينستر فولر، باكمينستر فولرين نيز خوانده مي‌شد. اين ماده را ريچارد اسمالي، رابرت كرل و هاري كروتو در سال 1985 در دانشگاه رايسِ هوستون، خلق كردند. اين افراد به خاطر اكتشافشان در جايزه نوبلِ 1996 با يكديگر شريك شدند.
باكي‌بال مولكولي از 60 اتم كربن (C60) به شكل يك توپ فوتبال است، كه به صورت شش‌ضلعي‌ها و پنج‌ضلعي‌هاي به‌هم پيوسته‌اي آرايش يافته‌اند.
در اندك‌زماني، فولرين‌هاي ديگري كشف شدند كه از 28 تا چندصد اتم كربن داشتند. با اين حال C60 ارزان‌ترين و سهل‌الوصول‌ترين آنهاست و فولرين‌هاي بزرگ‌تر هزينه بسيار بيشتري دارند. لغت فولرين كل مجموعه مولكول‌هاي توخالي كربني را كه داراي ساختار پنج‌ضلعي و شش‌ضلعي مي‌باشند، پوشش مي‌دهد.
نانولوله‌هاي كربني- كه از لوله‌‌شدن صفحات گرافيتي با آرايش شش‌ضلعي ساخته مي‌شوند- در صورت بسته‌بودن انتهايشان، خويشاوند نزديك فولرين به حساب مي‌آيند. در واقع آنها به مثابه فولرين‌هايي مي‌باشند كه با قراردادن كربن در نصف‌النهارشان به صورت لوله درآمده‌اند. با اين حال در اينجا لفظ فولرين‌ها دربرگيرنده نانولوله‌ها نيست.
روش‌هاي توليد
درواقع فولرين‌ها به مقدار اندكي در طبيعت، در حين آتش‌سوزي و صاعقه‌زدگي پديد مي‌آيند. شواهدي وجود دارد كه انقراض موجودات دورة پرمين در 250 ميليون سال پيش، حاصل برخورد يك شيء حاوي باكي‌بال‌ها بوده است. با اين حال فولرين‌ها اولين‌بار در دودة حاصل از تبخير ليزري گرافيت كشف شدند.
اولين فرآيند توليد انبوه، روش تخلية قوس الكتريكي (يا كراچر- هوفمن) بود، كه در سال 1990 با استفاده از الكترودهاي گرافيتي توسعه‌يافت. در اين فرآيند بيشتر C60 و C70تشكيل مي‌شود. اما مي‌توان با تغييراتي مثل استفاده از الكترودهاي متخلخل‌تر به فولرين‌هاي بالاتر نيز دست يافت. با استفاده از حلال‌هايي همچون تولوئن مي‌توان بهC60 با خلوص تقريباً 100% دست يافت.
اندكي بعد، گروهي درمؤسسه فناوري ماساچوست (MIT) شروع به توليد C60 در شعله بنزن كردند. از پيروليزِ[1] تركيبات آروماتيك بسياري براي توليد فولرين‌ها استفاده شد.
ثابت شده كه روش‌هايي همچون اسپاترينگ و تبخير با پرتو الكتروني (روي گرافيت)، موجب افزايش بازده توليد فولرين‌هاي بالاتري همچون C78, C76, C70 و C84 مي‌شود. دانشگاه كاليفرنيا در لوس آنجلس (UCLA) در اين زمينه اختراعاتي را به ثبت رسانده است.
خواص فولرین ها
باکي‌بال‌‌ها از نظر فيزيکي مولکول‌هايي بيش از حد، قوي هستند و قادرند فشارهاي بسيار زياد را تحمل کنند، به طوري كه پس از تحمل 3000 اتمسفر فشار به شکل اوليه خود برمي‌گردند. به نظر مي‌رسد استحکام فيزيکي آنها در بخش مواد داراي توان بالقوه‌اي باشد. با اين حال آنها مثل نانولو‌له‌ها به جاي پيوند شيميايي، با نيروهاي بسيار ضعيف‌تري (نيروهاي واندروالس) به هم مي‌چسبند، که مشابه نيروهاي نگهدارندة لايه‌هاي گرافيت است. اين مسأله موجب مي‌شود باکي‌بال‌‌ها مثل گرافيت داراي قابليت روان‌کنندگي شوند؛ هر چند اين مولکول‌ها به دليل چسبيدن به شکاف‌ها براي بسياري از کاربردها خيلي کوچکند.
باکي‌بال‌‌هاي چند پوسته موسوم به نانوپيازها (Nanonion)، بزرگ‌ترند و قابليت بيشتري براي استفاده به عنوان روان‌کننده دارند. روش خلق آنها با خلوص بسيار بالا از طريق قوس الکتريکي زيرآبي در دسامبر 2001 توسط گروهي از دانشگاه کمبريج در انگلستان و مؤسسة هيمجي در ژاپن ارائه شد.
اينکه باکي‌بال‌‌ها به خوبي به يکديگر نمي‌چسبند، به اين معنا نيست که در جامدات ديگر کاربرد ندارند. وارد‌کردن مقادير نسبتاً اندک از آنها در يک زمينة پليمري، موقعيتي براي آنها به وجود مي‌آورد كه بخشي از استحکام بالا و دانستية پايين آنها را به مادة حاصل مي‌بخشد.

تحقيقاتي روي کاهش لغزندگي باکي‌بال‌‌ها انجام شده است. کمي قبل از روش فوق‌الذکر براي توليد نانوپيازها، لارس هولتمن و همکارانش از دانشگاه لينکوپينگ در سوئد برخي از اتم‌هاي کربن باکي‌بال‌ را با نيتروژن جايگزين کرده، موجب پيوند آنها با هم، به صورت ماده‌اي سخت اما الاستيک شدند. اين باکي‌بال‌‌هاي اصلاح شده نيز پوسته‌هايي را روي خود شکل داده و به همين علت آنها نيز نانوپياز خوانده مي‌شوند.
فولرين‌ها و مواد مربوطه توانمندي بالايي در كاتاليزگري دارند. گروهي در مؤسسة فريتزهابر در برلين از باكي‌پيازها (باكي‌بال‌هاي چندلايه) در فرآيند مهم تبديل اتيل بنزن به استايرن استفاده كرده‌اند. حداكثر راندمان راهكارهاي موجود 50% است، اما اين محققان در تجربيات اوليه خود به راندمان 62% رسيده و انتظار بيشتر از آن را هم دارند. با اين حال به نظر مي‌رسد خود باكي‌پيازها در حين واكنش مقداري از نظم ساختاري خود را از دست بدهند (Angewandte Chemie International Edition, 41, 1885-1888).
international SRI نيز متوجه خواص كاتاليزوري فولرين‌ها و مواد وابسته به آنها از جمله دودة حاصل‌شده در حين روش‌هاي قوس الكتريكي و احتراق شده است. اين دوده حاوي انواع اشكال كربن است، كه ممكن است تاحدي ساختار شش‌ و پنج‌ضلعي فولرين را داشته باشند، اما بخش‌هاي باز‌شده‌اي هم جهت كاركردهايي به عنوان يك كاتاليزور داشته باشند. از اين دوده مي‌توان براي هيدروژناسيون يا د‌هيدروژناسيون آروماتيك‌ها، اصلاح روغن‌هاي سنگين و تبديل متان به هيدروكربن‌هاي بالاتر در فرآيندهاي پيروليتيك يا رفرمينگ استفاده كرد.
فولرين‌ها خواص الكتريكي جالبي دارند و به همين دليل كاربردهاي متعددي، از قطعات ذخيرة داده تا پيل‌هاي خورشيدي براي آنها پيشنهاد شده است. محققان Virginia Tech از لايه‌هاي آلي انعطاف‌پذير استفاده كرده‌اند. در حال حاضر كارآيي اين پيل‌ها يك‌پنجم پيل‌هاي فوتوولتائيك سيليكوني مرسوم است (حدود 4-3% در مقايسه با 20-15% پيل‌هاي خورشيدي مرسوم)، اما محققان اميدوارند با كنترل بهتر نانوساختارها به كاركرد قطعات سيليكوني يا حتي فراتر از آن دست يابند.
از خواص الكتريكي فولرين‌ها مي‌توان استفاده‌هاي بالقوه‌اي نيز در آشكارسازهاي نوري اشعه ايكس نمود، كه كارهاي Siemens از آن جمله است.
يك استفادة ديگر از خواص الكتريكي فولرين‌ها در پيل‌هاي سوختي است. سوني از آنها براي جايگزيني مولكول‌هاي بزرگ پليمر در غشاهاي الكتروليتي پيل‌هاي سوختي متانولي (جهت مصارف الكترونيكي شخصي) سود جسته است. نتيجة كار يك پيل سوختي بوده است كه در دماهاي پايين‌تر از نمونه‌هاي داراي غشاي پليمري كار مي‌كند. سوني معتقد است اين پيل سوختي مي‌تواند ارزان‌تر هم تمام شود. سوني از فولرين‌ها در پيل‌هاي سوختي هيدروژني هم استفاده كرده است تا از قابليت‌ آنها در انتقال پروتون بهره‌برداري كند (غشاهاي تبادل پروتون اساس اين پيل‌هاي سوختي مي‌باشند).
فولرين‌ها درون نانولوله‌ها نيز قرار داده شده‌اند تا چيزي به نام غلاف نخود[2] پديد آيد. اولين كار از اين دست در اوايل 2002 در جنوب كره (دانشگاه ملي سئول) و آمريكا (دانشگاه پنسيلوانيا در فيلادلفيا) به ترتيب با استفاده از C82 و C60 صورت گرفت. فولرين‌ها رفتار الكتريكي نانولوله‌ها را تغيير داده، مناطقي با خواص نيمه‌رسانايي مختلف را پديد مي‌آورند. نتيجه مي‌تواند مجموعه‌اي از ترانزيستورهاي پشت سرهم در يك نانولوله باشد. با تغيير مكان فولرين‌ها مي‌توان اين خواص را تغيير داد و حتي محققان دانشگاه ايالتي ميشيگان پيشنهاد استفاده از آنها براي خلق قطعات حافظه را داده‌اند. با اين حال چنين راهكاري بسيار دور از كاربرد است (راهكارهاي رقيب بسياري در نانوالكترونيك و حافظه وجود دارند).

"شبيه‌سازي كامپيوتري يك عنصر حافظه مبتني بر نانولوله. نانولوله دربرگيرنده يك مولكول C60 است. C60 به دليل حمل يك اتم قليايي در قفس خود حاوي يك بار شبكه‌اي است. با اعمال ميدان الكتريكي مي‌توان فولرين را بين دو سر اين" "كپسول جابه‌جا كرد. دو كمينة انرژي اين سيستم در هنگام اتصال C60 به دوسر كپسول است، كه از آن مي‌توان به بيت0 و بيت 1 استناد نمود. باتشكر از ديويد تومانك، دانشگاه ايالتي‌ ميشيگان"
"http://www.pa.msu.edu/~tomanek"

مواد مبتني بر فولرين‌ها مصارف مهمي در قطعات فوتونيك دارند (فوتونيك معادل الكترونيك است با اين تفاوت كه در آن از نور به جاي الكتريسيته استفاده مي‌شود). فولرين‌ها يك پاسخ نوري (تغيير خواص نوري در هنگام تابش نور) بسيار بزرگ را از خود نشان داده‌اند و ممكن است براي مصارف مخابراتي مناسب باشند. خواص نوري غيرخطي را مي‌توان با افزايش يك يا چند اتم فلزي در بيرون يا درون قفس فولرين‌ها ارتقا داد.
فولرين‌ها همچنين در نابودي راديكال‌هاي آزاد- كه باعث آسيب بافت‌هاي زنده مي‌شوند- مفيدند. لذا پيشنهاد شده است از آنها در مواد آرايشي جهت حفاظت پوست يا در درمان آسيب‌هاي عصبي ناشي از راديكال‌ها- كه نتايج آزمايش‌هاي آنها در خرگوش‌ها موفقيت‌آميز بوده است- استفاده شود.
C60 هم‌اندازة بسياري از مولكول‌هاي داراي فعاليت زيستي، همچون داروي پروزاك و هورمون‌هاي استروئيدي است. لذا سنگ بناي مناسبي براي واريانت‌هاي داراي فعاليت زيستي به شمار مي‌رود. باكي‌بال‌ها كنشگريِ فيزيكي و شيميايي بالايي نسبت به مكان فعال يك آنزيم مهم HIV، موسوم به HIV پروتئاز دارند و آن را مسدود مي‌كنند. HIV پروتئاز هدف داروهاي ضدايدز كنوني است، اما به علت عملكرد مشابه آنها ويروسHIV نسبت به آنها مقاوم شده است. باكي‌بال‌ها، HIV پروتئاز را به اشكال مختلفي هدف مي‌‌گيرند و لذا مقاومت فوق‌الذكر نمي‌تواند مانع آن شود.
همان‌طور كه پيش‌تر ذكر شد، پتانسيل C60 در حفاظت از اعصاب اثبات شده است و از محفظه‌هاي ساخته‌شده از آنها مي‌توان براي دارورساني سود جست. به مصارف باكي‌بال‌هاي حاوي اتم‌هاي محبوس‌شده – موسوم به فولرين‌هاي درون‌وجهي- بعداً اشاره خواهد شد.
علاقة قابل ملاحظه‌اي در نيمه دوم 2001 پس از تحقيق آزمايشگاه‌هاي بل و لوسنت پديد آمد. اين تحقيق نشان داد كه فولرين‌ها در بالاي دماي نيتروژن مايع مي‌توانند ابررسانا شوند. اين يافته از آنجا مهم است كه نيتروژن مايع نسبتاً ارزان است اما ايجاد دماهاي پايين‌تر از آن بسيار سخت‌تر است. با اين حال ابهاماتي در اين مورد پديد آمد، چون محقق مربوطه – هندريك شون- چندي بعد در يك مطالعه الكترونيك مولكولي نيز از نمودارهاي مشابهي استفاده كرد. بعدها كار باكي‌بال‌ها نيز مورد تشكيك قرار گرفت و تاكنون كسي كار او را تكرار نكرده است. البته ابررسانايي فولرين‌ها و مشتقات در دماهاي بسيار پايين (چند ده درجه كلوين!)، اثبات شده است.
در همان زمان ادعاي ديگري در مورد خاصيت مغناطيسي يك پليمر ساخته‌شده از باكي‌بال‌ها در دماي اتاق- اولين مغناطيس غيرفلزي- مطرح شد. با اين كه اشتباهي در اين مورد ديده نشده است، اما اين كار هم تكرار نشده است. گذشته از اين، كمي بعد پليمر ديگري گزارش شد كه بدون باكي‌بال داراي همان خاصيت بود.
از فولرين‌ها مي‌توان به عنوان پيش‌سازي براي ديگر مواد، همچون روكش‌هاي الماسي يا نانولوله‌ها استفاده كرد (مثلاً سوني با حرارت‌دادن فولرين‌ها و پلاتين به نانولوله‌ها رسيده است).
از فولرين‌ها به طور محدودی در تحقيقات بنيادي مكانيك كوانتومي استفاده شده است؛ چون آنها بزرگ‌ترين ذره‌اي هستند كه در آنها دوگانگي موج- ذره ماده ديده شده است (در اين تجربه مشاهده شده كه يك مولكول C60 هم‌زمان از دو مجراي مختلف مي‌گذرد).
كاركردي‌سازي
طي فرآيند موسوم به كاركردي‌سازي(functionalization)، مي‌توان براي اصلاح خواص فولرين‌ها گروه‌هاي شيميايي را به يك اتم كربن آنها متصل نمود. تعداد زياد اتم‌هاي كربن موجود باعث ملقب‌شدن فولرين‌ها به جاسنجاقي مولكولي، مخصوصاً در متون پزشكي شركت CSixty شده است.
تحقيقات مربوط به كاركردي‌سازي فولرين‌ها به طور خاص در چند سال اخير افزايش يافته است، تا به جاي ايجاد پليمرها، تحقيقات معطوف واريانت‌هاي داراي فعاليت زيستي شود.
يك مثال زيبا از گروه‌های عاملی طولاني، خلق توپ بدمینتون[3] (شكل) توسط گروهي در دانشگاه توكيو بود. اين مولكول‌ها در مصارف بلور مايع كاربرد خواهند داشت، كه مي‌تواند بسيار فراتر از نمايشگرهاي بلور مايع و در زمينه‌هايي همچون اپتيك غيرخطي، فوتونيك و الكترونيك مولكولي باشد (Nature 419, 702-705).
دانشگاه توكيو كارهاي جالبي در زمينه خلق مخلوط‌هاي فروسن‌ها و فولرين‌ها انجام داده است. فروسن‌ها تركيباتي حاوي آهن و گروه‌هاي آلي هستند، كه ده‌ها سال پس از زمان كشفشان توجه زيادي را به خود جلب كرده‌اند. مخلوط آنها با فولرين‌ها مي‌تواند منجر به توليد محفظه‌هاي دارورساني با اساس نانوساختارهاي داراي خواص الكترونيكي و فتونيكيِ مفيد شود. در اين دانشگاه محفظه‌هايي با بيش از حدود 13000 مولكول C60 اصلاح‌شده با نمك پتاسيم پنتافنيل فولرين، ساخته شده‌اند.
دانشگاه رايس با همكاري مؤسسة فيزيك فشار بالاي آكادمي علوم روسيه بر روي فلوريناسيون پلي‌فولرين‌ها، زنجيره‌هاي پليمري و صفحات C60 كار مي‌كنند. پلي‌فولرين‌ها نسبت به پليمرهاي آلي همچون پلي‌اتيلن، پلي‌پروپيلن يا نايلون از پايداري بسيار بيشتري برخوردارند و افزايش فلوئور به پلي‌فولرين‌ها به شيميدانان كمك مي‌كند تا راحت‌تر با آنها كار كنند.
محققان SRI International نيز روي خلق پليمرهاي مبتني بر فولرين‌ها با اتصال گروه‌هاي آمين به C60 كار كرده‌اند. نتيجه كار، انواع پليمرهاي داراي اتصالات عرضي بوده است كه براي روكش‌دهي پاششي، غوطه‌وري يا چرخشي مناسب مي‌باشند و پايداري حرارتي بالايي دارند.
فولرين‌هاي درون‌وجهي
يك عرصه تحقيقاتي كه لااقل به اندازه كاركردي‌سازي فولرين‌ها فعال است، جاي‌دهي اتم‌ها درون آنهاست. به مواد حاصل، فولرين‌هاي درون‌وجهي گفته مي‌شود، كه به صورت X@C60 بيان مي‌شوند. (X اتم محبوس و C60 يك فولرين است). عناصر واكنش‌دهنده را مي‌توان درون قفس فولرين‌ها تثبيت كرد. عنصر محبوس‌شده مي‌تواند خواص الكتروني و مغناطيسي فولرين را تغيير دهد (مي‌تواند الكترون خود را به فولرين ببخشد).
خلق فولرين‌هاي درون‌وجهي چالش‌برانگيز است. راهكارهاي سادة آن، شامل خلق فولرين‌ها در حضور عنصر مورد نظر است، اما راندمان اين روش معمولاً كمتر از 1% است. با اين حال برخي از محققان همچون لوتار دانچ از مؤسسه تحقيقات مواد و حالت جامد لايپ‌نيتز ادعا كرده‌اند، با تنظيم شرايط واكنش مي‌توان به راندمان و انتخاب‌پذيري بالايي دست يافت.
يك راهكار ديگر، مخلوط ‌نمودن فولرين‌ها و مواد مورد نظر و قراردادن آنها در معرض دما يا فشار بالا يا استفاده از يك روش شيميايي براي باز نمودن فولرين‌هاست. محققان UCLA نحوه ايجاد حفرات كاملاً بزرگ را كنترل كرده‌اند، اما بستن آنها هنوز خارج از كنترل است.
تعداد فراواني از عناصر از جمله گازهاي بي‌اثر در فولرين‌ها كپسوله شده‌اند. در اين حالت اتم محبوس‌شده تمايلي براي پيوند با اتم‌هاي كربن پيرامون ندارد، اما مي‌تواند مصارفي همچون تصويربرداري تشديد مغناطيسي (MRI) داشته باشد.
استفاده از فولرين‌هاي درون‌وجهي براي مصارف تصويربرداري پزشكي نيازمند محلول‌بودن آنها در آب است. فولرين‌هاي بالاتر (بالاتر از C60) مشتقاتي دارند كه عموماً انحلال‌پذيرترند اما گران‌تر هم مي‌باشند. فولرين‌هاي درون‌وجهي C60 معمولاً نامحلول‌تر و حساس‌تر به آب‌اند، اما در عوض ارزان‌تر مي‌باشند.
كاركردي‌سازي مي‌تواند قابليت انحلال‌پذيري در آب و پايداري درهوا را بهتر كند. علاوه براين ديده شده كه مشتقات C60 به‌خوبي از بدن دفع مي‌شوند، حال آن كه فولرين‌هاي بالاتر همچون C تمايل خود به تجمع‌ در شش، كبد و استخوان را آشكار كرده‌اند.
سازگاري نسبتاً بالاي سيستم‌هاي زيستي به كربن، يكي از دلايل توانمندي باكي‌بال‌ها در مصارف پزشكي مي‌باشد. از رسانش راديوايزوتوپ‌ها به سلول‌هاي سرطاني تا MRI هرچيزي كه درون حفاظ باكي‌بال‌ها باشد، از تماس با بدن در امان است.
از همه مهم‌تر اين كه باكي‌بال‌ها آنقدر كوچك هستند كه از طريق كليه و ترشحات بدن دفع شوند. با اين حال سيستم‌هاي زيستي را مي‌توان نسبت به باكي‌بال‌ها حساس نمود (مثلاً با استفاده از پادتن‌ها در روي آنها) تا حضور باكي‌بال‌ها را در بافت‌ها و سيالات زيستي آشكار كنند.
محققان دانشگاه رايس مولكول‌هايي از C60 و ديگر فولرين‌ها را طراحي كرده‌اند كه داراي يك اتم دروني گادولينيوم و يك ضميمه شيميايي (جهت انحلال در آب) مي‌باشند. در عوامل مرسوم ايجاد تباين MRI، اتم گادولينيوم به يك مولكول معمولي متصل مي‌شود و به‌سرعت از بدن دفع مي‌گردد، اما گادولينيوم محبوس در فولرين مي‌تواند زمان درازتري را در بدن به سر ببرد.
همچنين محققان Virginia Tech سه اتم فلزي را به همراه يك اتم نيتروژن درون قفس فولرين C60 قرار مي‌دهند، تا عوامل ايجاد تباين چندمنظوره‌اي را بسازند- مثلاً دو اتم براي تصويربرداري MRI و يكي براي تصويربرداري اشعه ايكس. جواز اين كار به Luna Nanomaterials، كه محصول خود را trimetaspheres مي‌خواند، داده شده است. اين شركت مدعي است كه عوامل ايجاد تباين او 50 برابر عوامل مرسوم Magnevist (كه ثبت اختراع آن در حال انقضاست) كارآيي دارد. Luna بازار عوامل ايجاد تباين MRI خود را يك ميليارد دلار برآورد كرده است.
Virginia Tech در اوايل 2002 در كاري ديگر، مشتق آلي يك متافولرين را ساخت كه قابليت انحلال بيشتري دارد و بيشتر به درد مصارف زيستي مي‌خورد. هدف نهايي، چسباندن گروه‌هاي محلول در آب همچون پپتيدها يا زنجيره‌هاي آبدوست به آنها مي‌باشد.
ساختارهاي وابسته به فولرين‌ها
هنگام ملاحظه قابليت‌ فولرين‌ها لازم است به ساختارهاي جالب وابسته به آنها، همچون نانولوله‌هاي كربني يا مواد مختلف موجود در دوده فولرين‌ها هم توجه كنيم.
علاوه بر اين اگر هندسه‌هاي محتمل ديگر را درنظر داشته باشيم، وجود حلقه‌هاي با بيش از 6 اتم (مثل هفت و هشت ضلعي‌ها) موجب ايجاد انحنا در خلاف جهت پنج‌ضلعي‌هاي فولرين‌ها مي‌شود. اشكال كربني مبتني بر اين انحناي منفي مدت‌ها پيش با نام شوارتزيت‌ها مطرح شده بودند و سرانجام در اواخر 2002 ساخته شدند (Applied Physics Letters 81, 3359-3361). اين مواد به‌شدت متخلخل، قابليت‌هايي در كاتاليزگري، ذخيره سوخت و زيست‌مواد دارند و بنابراين رقيب فولرين‌ها به شمار مي‌‌آيند.
مواد ديگري كه قابل توجه‌اند، فولرين‌هايي هستند كه از عناصري به غير از كربن ساخته شده باشند. Applied Nanomaterials متخصص ساخت معادل‌هاي معدني نانولوله‌ها و فولرين‌هاست. آنها ادعا مي‌كنند ساخت اين مواد ساده‌تر است و داراي مصارفي در بازار الكترونيك، كامپوزيت‌ها و روان‌كننده‌ها مي‌باشند.

1 - تغییر ماهیت يك ماده با حرارت ولي بدون سوزاندن آن

2 -Peapod
3-Shuttlecock

منابع :

CMP Cientifica, Technology White Papers nr.7, Fullerenes

CMP Cientifica, Technology White Papers nr.7, Fullerenes

خلاصه

در اين مقاله، مواردي همچون روشهاي توليد، خواص و کارکردي سازي فولرينها مورد بحث قرار ميگيرد.

اولين فولرين كشف‌شده باكي‌بال بود، كه به علت شباهت با گنبد ژئودزي آرشيتكت معروف باكمينستر فولر، باكمينستر فولرين نيز خوانده مي‌شد. اين ماده را ريچارد اسمالي، رابرت كرل و هاري كروتو در سال 1985 در دانشگاه رايسِ هوستون، خلق كردند. اين افراد به خاطر اكتشافشان در جايزه نوبلِ 1996 با يكديگر شريك شدند.
باكي‌بال مولكولي از 60 اتم كربن (C60) به شكل يك توپ فوتبال است، كه به صورت شش‌ضلعي‌ها و پنج‌ضلعي‌هاي به‌هم پيوسته‌اي آرايش يافته‌اند.
در اندك‌زماني، فولرين‌هاي ديگري كشف شدند كه از 28 تا چندصد اتم كربن داشتند. با اين حال C60 ارزان‌ترين و سهل‌الوصول‌ترين آنهاست و فولرين‌هاي بزرگ‌تر هزينه بسيار بيشتري دارند. لغت فولرين كل مجموعه مولكول‌هاي توخالي كربني را كه داراي ساختار پنج‌ضلعي و شش‌ضلعي مي‌باشند، پوشش مي‌دهد.
نانولوله‌هاي كربني- كه از لوله‌‌شدن صفحات گرافيتي با آرايش شش‌ضلعي ساخته مي‌شوند- در صورت بسته‌بودن انتهايشان، خويشاوند نزديك فولرين به حساب مي‌آيند. در واقع آنها به مثابه فولرين‌هايي مي‌باشند كه با قراردادن كربن در نصف‌النهارشان به صورت لوله درآمده‌اند. با اين حال در اينجا لفظ فولرين‌ها دربرگيرنده نانولوله‌ها نيست.
روش‌هاي توليد
درواقع فولرين‌ها به مقدار اندكي در طبيعت، در حين آتش‌سوزي و صاعقه‌زدگي پديد مي‌آيند. شواهدي وجود دارد كه انقراض موجودات دورة پرمين در 250 ميليون سال پيش، حاصل برخورد يك شيء حاوي باكي‌بال‌ها بوده است. با اين حال فولرين‌ها اولين‌بار در دودة حاصل از تبخير ليزري گرافيت كشف شدند.
اولين فرآيند توليد انبوه، روش تخلية قوس الكتريكي (يا كراچر- هوفمن) بود، كه در سال 1990 با استفاده از الكترودهاي گرافيتي توسعه‌يافت. در اين فرآيند بيشتر C60 و C70تشكيل مي‌شود. اما مي‌توان با تغييراتي مثل استفاده از الكترودهاي متخلخل‌تر به فولرين‌هاي بالاتر نيز دست يافت. با استفاده از حلال‌هايي همچون تولوئن مي‌توان بهC60 با خلوص تقريباً 100% دست يافت.
اندكي بعد، گروهي درمؤسسه فناوري ماساچوست (MIT) شروع به توليد C60 در شعله بنزن كردند. از پيروليزِ[1] تركيبات آروماتيك بسياري براي توليد فولرين‌ها استفاده شد.
ثابت شده كه روش‌هايي همچون اسپاترينگ و تبخير با پرتو الكتروني (روي گرافيت)، موجب افزايش بازده توليد فولرين‌هاي بالاتري همچون C78, C76, C70 و C84 مي‌شود. دانشگاه كاليفرنيا در لوس آنجلس (UCLA) در اين زمينه اختراعاتي را به ثبت رسانده است.
خواص فولرین ها
باکي‌بال‌‌ها از نظر فيزيکي مولکول‌هايي بيش از حد، قوي هستند و قادرند فشارهاي بسيار زياد را تحمل کنند، به طوري كه پس از تحمل 3000 اتمسفر فشار به شکل اوليه خود برمي‌گردند. به نظر مي‌رسد استحکام فيزيکي آنها در بخش مواد داراي توان بالقوه‌اي باشد. با اين حال آنها مثل نانولو‌له‌ها به جاي پيوند شيميايي، با نيروهاي بسيار ضعيف‌تري (نيروهاي واندروالس) به هم مي‌چسبند، که مشابه نيروهاي نگهدارندة لايه‌هاي گرافيت است. اين مسأله موجب مي‌شود باکي‌بال‌‌ها مثل گرافيت داراي قابليت روان‌کنندگي شوند؛ هر چند اين مولکول‌ها به دليل چسبيدن به شکاف‌ها براي بسياري از کاربردها خيلي کوچکند.
باکي‌بال‌‌هاي چند پوسته موسوم به نانوپيازها (Nanonion)، بزرگ‌ترند و قابليت بيشتري براي استفاده به عنوان روان‌کننده دارند. روش خلق آنها با خلوص بسيار بالا از طريق قوس الکتريکي زيرآبي در دسامبر 2001 توسط گروهي از دانشگاه کمبريج در انگلستان و مؤسسة هيمجي در ژاپن ارائه شد.
اينکه باکي‌بال‌‌ها به خوبي به يکديگر نمي‌چسبند، به اين معنا نيست که در جامدات ديگر کاربرد ندارند. وارد‌کردن مقادير نسبتاً اندک از آنها در يک زمينة پليمري، موقعيتي براي آنها به وجود مي‌آورد كه بخشي از استحکام بالا و دانستية پايين آنها را به مادة حاصل مي‌بخشد.

تحقيقاتي روي کاهش لغزندگي باکي‌بال‌‌ها انجام شده است. کمي قبل از روش فوق‌الذکر براي توليد نانوپيازها، لارس هولتمن و همکارانش از دانشگاه لينکوپينگ در سوئد برخي از اتم‌هاي کربن باکي‌بال‌ را با نيتروژن جايگزين کرده، موجب پيوند آنها با هم، به صورت ماده‌اي سخت اما الاستيک شدند. اين باکي‌بال‌‌هاي اصلاح شده نيز پوسته‌هايي را روي خود شکل داده و به همين علت آنها نيز نانوپياز خوانده مي‌شوند.
فولرين‌ها و مواد مربوطه توانمندي بالايي در كاتاليزگري دارند. گروهي در مؤسسة فريتزهابر در برلين از باكي‌پيازها (باكي‌بال‌هاي چندلايه) در فرآيند مهم تبديل اتيل بنزن به استايرن استفاده كرده‌اند. حداكثر راندمان راهكارهاي موجود 50% است، اما اين محققان در تجربيات اوليه خود به راندمان 62% رسيده و انتظار بيشتر از آن را هم دارند. با اين حال به نظر مي‌رسد خود باكي‌پيازها در حين واكنش مقداري از نظم ساختاري خود را از دست بدهند (Angewandte Chemie International Edition, 41, 1885-1888).
international SRI نيز متوجه خواص كاتاليزوري فولرين‌ها و مواد وابسته به آنها از جمله دودة حاصل‌شده در حين روش‌هاي قوس الكتريكي و احتراق شده است. اين دوده حاوي انواع اشكال كربن است، كه ممكن است تاحدي ساختار شش‌ و پنج‌ضلعي فولرين را داشته باشند، اما بخش‌هاي باز‌شده‌اي هم جهت كاركردهايي به عنوان يك كاتاليزور داشته باشند. از اين دوده مي‌توان براي هيدروژناسيون يا د‌هيدروژناسيون آروماتيك‌ها، اصلاح روغن‌هاي سنگين و تبديل متان به هيدروكربن‌هاي بالاتر در فرآيندهاي پيروليتيك يا رفرمينگ استفاده كرد.
فولرين‌ها خواص الكتريكي جالبي دارند و به همين دليل كاربردهاي متعددي، از قطعات ذخيرة داده تا پيل‌هاي خورشيدي براي آنها پيشنهاد شده است. محققان Virginia Tech از لايه‌هاي آلي انعطاف‌پذير استفاده كرده‌اند. در حال حاضر كارآيي اين پيل‌ها يك‌پنجم پيل‌هاي فوتوولتائيك سيليكوني مرسوم است (حدود 4-3% در مقايسه با 20-15% پيل‌هاي خورشيدي مرسوم)، اما محققان اميدوارند با كنترل بهتر نانوساختارها به كاركرد قطعات سيليكوني يا حتي فراتر از آن دست يابند.
از خواص الكتريكي فولرين‌ها مي‌توان استفاده‌هاي بالقوه‌اي نيز در آشكارسازهاي نوري اشعه ايكس نمود، كه كارهاي Siemens از آن جمله است.
يك استفادة ديگر از خواص الكتريكي فولرين‌ها در پيل‌هاي سوختي است. سوني از آنها براي جايگزيني مولكول‌هاي بزرگ پليمر در غشاهاي الكتروليتي پيل‌هاي سوختي متانولي (جهت مصارف الكترونيكي شخصي) سود جسته است. نتيجة كار يك پيل سوختي بوده است كه در دماهاي پايين‌تر از نمونه‌هاي داراي غشاي پليمري كار مي‌كند. سوني معتقد است اين پيل سوختي مي‌تواند ارزان‌تر هم تمام شود. سوني از فولرين‌ها در پيل‌هاي سوختي هيدروژني هم استفاده كرده است تا از قابليت‌ آنها در انتقال پروتون بهره‌برداري كند (غشاهاي تبادل پروتون اساس اين پيل‌هاي سوختي مي‌باشند).
فولرين‌ها درون نانولوله‌ها نيز قرار داده شده‌اند تا چيزي به نام غلاف نخود[2] پديد آيد. اولين كار از اين دست در اوايل 2002 در جنوب كره (دانشگاه ملي سئول) و آمريكا (دانشگاه پنسيلوانيا در فيلادلفيا) به ترتيب با استفاده از C82 و C60 صورت گرفت. فولرين‌ها رفتار الكتريكي نانولوله‌ها را تغيير داده، مناطقي با خواص نيمه‌رسانايي مختلف را پديد مي‌آورند. نتيجه مي‌تواند مجموعه‌اي از ترانزيستورهاي پشت سرهم در يك نانولوله باشد. با تغيير مكان فولرين‌ها مي‌توان اين خواص را تغيير داد و حتي محققان دانشگاه ايالتي ميشيگان پيشنهاد استفاده از آنها براي خلق قطعات حافظه را داده‌اند. با اين حال چنين راهكاري بسيار دور از كاربرد است (راهكارهاي رقيب بسياري در نانوالكترونيك و حافظه وجود دارند).

"شبيه‌سازي كامپيوتري يك عنصر حافظه مبتني بر نانولوله. نانولوله دربرگيرنده يك مولكول C60 است. C60 به دليل حمل يك اتم قليايي در قفس خود حاوي يك بار شبكه‌اي است. با اعمال ميدان الكتريكي مي‌توان فولرين را بين دو سر اين" "كپسول جابه‌جا كرد. دو كمينة انرژي اين سيستم در هنگام اتصال C60 به دوسر كپسول است، كه از آن مي‌توان به بيت0 و بيت 1 استناد نمود. باتشكر از ديويد تومانك، دانشگاه ايالتي‌ ميشيگان"
"http://www.pa.msu.edu/~tomanek"

مواد مبتني بر فولرين‌ها مصارف مهمي در قطعات فوتونيك دارند (فوتونيك معادل الكترونيك است با اين تفاوت كه در آن از نور به جاي الكتريسيته استفاده مي‌شود). فولرين‌ها يك پاسخ نوري (تغيير خواص نوري در هنگام تابش نور) بسيار بزرگ را از خود نشان داده‌اند و ممكن است براي مصارف مخابراتي مناسب باشند. خواص نوري غيرخطي را مي‌توان با افزايش يك يا چند اتم فلزي در بيرون يا درون قفس فولرين‌ها ارتقا داد.
فولرين‌ها همچنين در نابودي راديكال‌هاي آزاد- كه باعث آسيب بافت‌هاي زنده مي‌شوند- مفيدند. لذا پيشنهاد شده است از آنها در مواد آرايشي جهت حفاظت پوست يا در درمان آسيب‌هاي عصبي ناشي از راديكال‌ها- كه نتايج آزمايش‌هاي آنها در خرگوش‌ها موفقيت‌آميز بوده است- استفاده شود.
C60 هم‌اندازة بسياري از مولكول‌هاي داراي فعاليت زيستي، همچون داروي پروزاك و هورمون‌هاي استروئيدي است. لذا سنگ بناي مناسبي براي واريانت‌هاي داراي فعاليت زيستي به شمار مي‌رود. باكي‌بال‌ها كنشگريِ فيزيكي و شيميايي بالايي نسبت به مكان فعال يك آنزيم مهم HIV، موسوم به HIV پروتئاز دارند و آن را مسدود مي‌كنند. HIV پروتئاز هدف داروهاي ضدايدز كنوني است، اما به علت عملكرد مشابه آنها ويروسHIV نسبت به آنها مقاوم شده است. باكي‌بال‌ها، HIV پروتئاز را به اشكال مختلفي هدف مي‌‌گيرند و لذا مقاومت فوق‌الذكر نمي‌تواند مانع آن شود.
همان‌طور كه پيش‌تر ذكر شد، پتانسيل C60 در حفاظت از اعصاب اثبات شده است و از محفظه‌هاي ساخته‌شده از آنها مي‌توان براي دارورساني سود جست. به مصارف باكي‌بال‌هاي حاوي اتم‌هاي محبوس‌شده – موسوم به فولرين‌هاي درون‌وجهي- بعداً اشاره خواهد شد.
علاقة قابل ملاحظه‌اي در نيمه دوم 2001 پس از تحقيق آزمايشگاه‌هاي بل و لوسنت پديد آمد. اين تحقيق نشان داد كه فولرين‌ها در بالاي دماي نيتروژن مايع مي‌توانند ابررسانا شوند. اين يافته از آنجا مهم است كه نيتروژن مايع نسبتاً ارزان است اما ايجاد دماهاي پايين‌تر از آن بسيار سخت‌تر است. با اين حال ابهاماتي در اين مورد پديد آمد، چون محقق مربوطه – هندريك شون- چندي بعد در يك مطالعه الكترونيك مولكولي نيز از نمودارهاي مشابهي استفاده كرد. بعدها كار باكي‌بال‌ها نيز مورد تشكيك قرار گرفت و تاكنون كسي كار او را تكرار نكرده است. البته ابررسانايي فولرين‌ها و مشتقات در دماهاي بسيار پايين (چند ده درجه كلوين!)، اثبات شده است.
در همان زمان ادعاي ديگري در مورد خاصيت مغناطيسي يك پليمر ساخته‌شده از باكي‌بال‌ها در دماي اتاق- اولين مغناطيس غيرفلزي- مطرح شد. با اين كه اشتباهي در اين مورد ديده نشده است، اما اين كار هم تكرار نشده است. گذشته از اين، كمي بعد پليمر ديگري گزارش شد كه بدون باكي‌بال داراي همان خاصيت بود.
از فولرين‌ها مي‌توان به عنوان پيش‌سازي براي ديگر مواد، همچون روكش‌هاي الماسي يا نانولوله‌ها استفاده كرد (مثلاً سوني با حرارت‌دادن فولرين‌ها و پلاتين به نانولوله‌ها رسيده است).
از فولرين‌ها به طور محدودی در تحقيقات بنيادي مكانيك كوانتومي استفاده شده است؛ چون آنها بزرگ‌ترين ذره‌اي هستند كه در آنها دوگانگي موج- ذره ماده ديده شده است (در اين تجربه مشاهده شده كه يك مولكول C60 هم‌زمان از دو مجراي مختلف مي‌گذرد).
كاركردي‌سازي
طي فرآيند موسوم به كاركردي‌سازي(functionalization)، مي‌توان براي اصلاح خواص فولرين‌ها گروه‌هاي شيميايي را به يك اتم كربن آنها متصل نمود. تعداد زياد اتم‌هاي كربن موجود باعث ملقب‌شدن فولرين‌ها به جاسنجاقي مولكولي، مخصوصاً در متون پزشكي شركت CSixty شده است.
تحقيقات مربوط به كاركردي‌سازي فولرين‌ها به طور خاص در چند سال اخير افزايش يافته است، تا به جاي ايجاد پليمرها، تحقيقات معطوف واريانت‌هاي داراي فعاليت زيستي شود.
يك مثال زيبا از گروه‌های عاملی طولاني، خلق توپ بدمینتون[3] (شكل) توسط گروهي در دانشگاه توكيو بود. اين مولكول‌ها در مصارف بلور مايع كاربرد خواهند داشت، كه مي‌تواند بسيار فراتر از نمايشگرهاي بلور مايع و در زمينه‌هايي همچون اپتيك غيرخطي، فوتونيك و الكترونيك مولكولي باشد (Nature 419, 702-705).
دانشگاه توكيو كارهاي جالبي در زمينه خلق مخلوط‌هاي فروسن‌ها و فولرين‌ها انجام داده است. فروسن‌ها تركيباتي حاوي آهن و گروه‌هاي آلي هستند، كه ده‌ها سال پس از زمان كشفشان توجه زيادي را به خود جلب كرده‌اند. مخلوط آنها با فولرين‌ها مي‌تواند منجر به توليد محفظه‌هاي دارورساني با اساس نانوساختارهاي داراي خواص الكترونيكي و فتونيكيِ مفيد شود. در اين دانشگاه محفظه‌هايي با بيش از حدود 13000 مولكول C60 اصلاح‌شده با نمك پتاسيم پنتافنيل فولرين، ساخته شده‌اند.
دانشگاه رايس با همكاري مؤسسة فيزيك فشار بالاي آكادمي علوم روسيه بر روي فلوريناسيون پلي‌فولرين‌ها، زنجيره‌هاي پليمري و صفحات C60 كار مي‌كنند. پلي‌فولرين‌ها نسبت به پليمرهاي آلي همچون پلي‌اتيلن، پلي‌پروپيلن يا نايلون از پايداري بسيار بيشتري برخوردارند و افزايش فلوئور به پلي‌فولرين‌ها به شيميدانان كمك مي‌كند تا راحت‌تر با آنها كار كنند.
محققان SRI International نيز روي خلق پليمرهاي مبتني بر فولرين‌ها با اتصال گروه‌هاي آمين به C60 كار كرده‌اند. نتيجه كار، انواع پليمرهاي داراي اتصالات عرضي بوده است كه براي روكش‌دهي پاششي، غوطه‌وري يا چرخشي مناسب مي‌باشند و پايداري حرارتي بالايي دارند.
فولرين‌هاي درون‌وجهي
يك عرصه تحقيقاتي كه لااقل به اندازه كاركردي‌سازي فولرين‌ها فعال است، جاي‌دهي اتم‌ها درون آنهاست. به مواد حاصل، فولرين‌هاي درون‌وجهي گفته مي‌شود، كه به صورت X@C60 بيان مي‌شوند. (X اتم محبوس و C60 يك فولرين است). عناصر واكنش‌دهنده را مي‌توان درون قفس فولرين‌ها تثبيت كرد. عنصر محبوس‌شده مي‌تواند خواص الكتروني و مغناطيسي فولرين را تغيير دهد (مي‌تواند الكترون خود را به فولرين ببخشد).
خلق فولرين‌هاي درون‌وجهي چالش‌برانگيز است. راهكارهاي سادة آن، شامل خلق فولرين‌ها در حضور عنصر مورد نظر است، اما راندمان اين روش معمولاً كمتر از 1% است. با اين حال برخي از محققان همچون لوتار دانچ از مؤسسه تحقيقات مواد و حالت جامد لايپ‌نيتز ادعا كرده‌اند، با تنظيم شرايط واكنش مي‌توان به راندمان و انتخاب‌پذيري بالايي دست يافت.
يك راهكار ديگر، مخلوط ‌نمودن فولرين‌ها و مواد مورد نظر و قراردادن آنها در معرض دما يا فشار بالا يا استفاده از يك روش شيميايي براي باز نمودن فولرين‌هاست. محققان UCLA نحوه ايجاد حفرات كاملاً بزرگ را كنترل كرده‌اند، اما بستن آنها هنوز خارج از كنترل است.
تعداد فراواني از عناصر از جمله گازهاي بي‌اثر در فولرين‌ها كپسوله شده‌اند. در اين حالت اتم محبوس‌شده تمايلي براي پيوند با اتم‌هاي كربن پيرامون ندارد، اما مي‌تواند مصارفي همچون تصويربرداري تشديد مغناطيسي (MRI) داشته باشد.
استفاده از فولرين‌هاي درون‌وجهي براي مصارف تصويربرداري پزشكي نيازمند محلول‌بودن آنها در آب است. فولرين‌هاي بالاتر (بالاتر از C60) مشتقاتي دارند كه عموماً انحلال‌پذيرترند اما گران‌تر هم مي‌باشند. فولرين‌هاي درون‌وجهي C60 معمولاً نامحلول‌تر و حساس‌تر به آب‌اند، اما در عوض ارزان‌تر مي‌باشند.
كاركردي‌سازي مي‌تواند قابليت انحلال‌پذيري در آب و پايداري درهوا را بهتر كند. علاوه براين ديده شده كه مشتقات C60 به‌خوبي از بدن دفع مي‌شوند، حال آن كه فولرين‌هاي بالاتر همچون C تمايل خود به تجمع‌ در شش، كبد و استخوان را آشكار كرده‌اند.
سازگاري نسبتاً بالاي سيستم‌هاي زيستي به كربن، يكي از دلايل توانمندي باكي‌بال‌ها در مصارف پزشكي مي‌باشد. از رسانش راديوايزوتوپ‌ها به سلول‌هاي سرطاني تا MRI هرچيزي كه درون حفاظ باكي‌بال‌ها باشد، از تماس با بدن در امان است.
از همه مهم‌تر اين كه باكي‌بال‌ها آنقدر كوچك هستند كه از طريق كليه و ترشحات بدن دفع شوند. با اين حال سيستم‌هاي زيستي را مي‌توان نسبت به باكي‌بال‌ها حساس نمود (مثلاً با استفاده از پادتن‌ها در روي آنها) تا حضور باكي‌بال‌ها را در بافت‌ها و سيالات زيستي آشكار كنند.
محققان دانشگاه رايس مولكول‌هايي از C60 و ديگر فولرين‌ها را طراحي كرده‌اند كه داراي يك اتم دروني گادولينيوم و يك ضميمه شيميايي (جهت انحلال در آب) مي‌باشند. در عوامل مرسوم ايجاد تباين MRI، اتم گادولينيوم به يك مولكول معمولي متصل مي‌شود و به‌سرعت از بدن دفع مي‌گردد، اما گادولينيوم محبوس در فولرين مي‌تواند زمان درازتري را در بدن به سر ببرد.
همچنين محققان Virginia Tech سه اتم فلزي را به همراه يك اتم نيتروژن درون قفس فولرين C60 قرار مي‌دهند، تا عوامل ايجاد تباين چندمنظوره‌اي را بسازند- مثلاً دو اتم براي تصويربرداري MRI و يكي براي تصويربرداري اشعه ايكس. جواز اين كار به Luna Nanomaterials، كه محصول خود را trimetaspheres مي‌خواند، داده شده است. اين شركت مدعي است كه عوامل ايجاد تباين او 50 برابر عوامل مرسوم Magnevist (كه ثبت اختراع آن در حال انقضاست) كارآيي دارد. Luna بازار عوامل ايجاد تباين MRI خود را يك ميليارد دلار برآورد كرده است.
Virginia Tech در اوايل 2002 در كاري ديگر، مشتق آلي يك متافولرين را ساخت كه قابليت انحلال بيشتري دارد و بيشتر به درد مصارف زيستي مي‌خورد. هدف نهايي، چسباندن گروه‌هاي محلول در آب همچون پپتيدها يا زنجيره‌هاي آبدوست به آنها مي‌باشد.
ساختارهاي وابسته به فولرين‌ها
هنگام ملاحظه قابليت‌ فولرين‌ها لازم است به ساختارهاي جالب وابسته به آنها، همچون نانولوله‌هاي كربني يا مواد مختلف موجود در دوده فولرين‌ها هم توجه كنيم.
علاوه بر اين اگر هندسه‌هاي محتمل ديگر را درنظر داشته باشيم، وجود حلقه‌هاي با بيش از 6 اتم (مثل هفت و هشت ضلعي‌ها) موجب ايجاد انحنا در خلاف جهت پنج‌ضلعي‌هاي فولرين‌ها مي‌شود. اشكال كربني مبتني بر اين انحناي منفي مدت‌ها پيش با نام شوارتزيت‌ها مطرح شده بودند و سرانجام در اواخر 2002 ساخته شدند (Applied Physics Letters 81, 3359-3361). اين مواد به‌شدت متخلخل، قابليت‌هايي در كاتاليزگري، ذخيره سوخت و زيست‌مواد دارند و بنابراين رقيب فولرين‌ها به شمار مي‌‌آيند.
مواد ديگري كه قابل توجه‌اند، فولرين‌هايي هستند كه از عناصري به غير از كربن ساخته شده باشند. Applied Nanomaterials متخصص ساخت معادل‌هاي معدني نانولوله‌ها و فولرين‌هاست. آنها ادعا مي‌كنند ساخت اين مواد ساده‌تر است و داراي مصارفي در بازار الكترونيك، كامپوزيت‌ها و روان‌كننده‌ها مي‌باشند.

1 - تغییر ماهیت يك ماده با حرارت ولي بدون سوزاندن آن

2 -Peapod
3-Shuttlecock

منابع :

CMP Cientifica, Technology White Papers nr.7, Fullerenes

CMP Cientifica, Technology White Papers nr.7, Fullerenes

نحوه نمايش: فونت عادي , فونت انتخابي

آخرين تغييرات : يكم آبان 1385

نحوه نمايش: فونت عادي , فونت انتخابي

آخرين تغييرات : يكم آبان 1385

+ نوشته شده در دوشنبه یکم آبان 1385ساعت 20:6 توسط فریبرز چیت ساز |