پیازهای معدنی

[azarafrooz 14,221]

اسم هایی مثل توپ فوتبال ، توپ راگبی و پیاز از اصطلاحاتی هستند که به وسیله شیمیدانان برای توصیف اشکال فولرنس های کربن (fullerences) به کار برده می شوند. از این مواد می توان در روغن کاری سوپر هادی های الکتریکی ، حفاظت کننده های کاتالیزوری ، لبه لوله های اسکن کننده ، محیط های ذخیره سازی گاز و یا کارهای الکتریکی استفاده کرد.

 

گروهی از مواد هستند که می توانند به کربن های فولرنس اضافه شوند و فولرنس های غیر کربنی غیر آلی تولید کنند. طبق گفته تِن : " من هنگامی که روی فیلم نازک سلنید تنگستن (WSe2) و سولفید تنگستن (WS2) مشغول به کار بودم به فکر فولرنس غیرآلی افتادم و بعد از شنیدن چندین سخنرانی از ریچارد اسمالی ( برنده جایزه نوبل 1996) دریافتم که سولفید مولیبدینیم می تواند به شکل فولرنس یا نانوتیوب درآید". نظریه ی تِن را می توان با درنظر گرفتن ساختارهای کربن و سولفید فلزات انتقالی اولیه مد نظر قرار داد. سولفید مولیبدن و کربن گرافیت هر دو ساختار لایه ای دارند. گرافیت از لایه هایی که در آن ورقه های کربن یکی روی دیگری قرار گرفته است و در لایه ها پیوندهای قوی وجود دارد تشکیل شده است در حالی که بین لایه ها نیروهای ضعیف وان دروالس وجود دارد. سولفید مولیبدینیم نیز ساختار مشابهی دارد و در آن لایه ها از گوگرد – مولیبدینیم- گوگرد هستند.

به علت نیروهای بین لایه ای ضعیف هم کربن و هم سولفید مولیبدن به عنوان روانسازهایی فوق العاده محسوب می شوند. از سولفید مولیبدن در روغن ها به عنوان روانساز خشک استفاده می کنند. هر دو ماده بیان شده سیاه لزج هستند و ویژگی های فیزیکی مشابهی دارند. از سال 1778 تصور می شد که این دو ماده یکی هستند تا آن که یک شیمیدان سوئیسی به نام اسکیل سولفید مولیبدن را به اکسید آن تبدیل کرد. سپس در سال 1923، پاولینگ در مقاله ای ساختار سولفید مولیبدن را تشریح کرد. اکنون شباهت بین شیمی کربن و سولفید فلزات انتقالی را می توان به اشکال فلورین نسبت داد.گروه تِن ساختار قفسی شکل سولفید تنگستن را بررسی کرده و مشاهده کردند که با سولفید مولیبدن شباهت زیادی دارد. این گروه، این مواد را با واکنش اکسید فلز با سولفید هیدروژن تولید کرده اند و اعتقاد دارند که اولین مرحله در واکنش تشکیل سریع لایه سولفید روی اکسیدها است. سپس این اکسید به آرامی احیا می شود و در نهایت سولفوریزاسیون صورت می گیرد. در این صورت سولفور جایگزین اکسیژن می شود. اگر آماده سازی متوقف شود هسته متشکل از اکسید فلز که به آرامی احیا شده ، به لایه های سولفید تبدیل می شود. در این صورت ماده از درون به بیرون رشد می کند و بعد از حدود 2 ساعت اکسید کاملاً به سولفید فلورین شکل با هسته ای توخالی تبدیل می شود.

مواد غیر آلی سولفید های فلورین شکل می توانند ضربات را تحمل کنند و مکانیزم رشد سولفید فلزات و سلنید فلزات و نفوذ آن ها به اکسیدهای فشرده شده نیز روی طرح فلورین ها اثر گذار است و امکان طراحی مناسب مواد را فراهم می آورد.

محققان تصور می کنند که سولفید های فلزات و سلنید فلزات ساختارهای قفسی بسته ای را تولید می کنند که به این علت شبیه گرافیت هستند. در مورد فلورین های کربن حضور رشته های غیر شش عضوی مثل پنتاگون و هپتاگون باعث ایجاد خلل هایی در لایه های کربنی شده است. ذرات گرافیکی ریز ناپایدار هستند زیرا پیوند محیطی آن ها ضعیف است ولی وقتی صفحات میزان انحنای بیشتری داشته باشتد می توان فلورین پایدارتری تولید کرد.

در مورد نانوتیوب ها ، صفحات کربنی روی هم غلطک وار حرکت می کنند تا نانوتیوب های تک دیواره تولید کنند که در آن ها تنها لایه های کربن حضور دارند، در مورد فلورین های غیر آلی اگر چه ساختار اصلی متفاوت است ولی علت تشکیل فلورین یکسان است. دوباره ذرات ریز ناپایدار هستند و با تشکیل رشته های چهار و سه عضوی از صفحات سولفید مولیبدن می توان فلورین یا نانوتیوب ساخت. به علت رشد متناوب سولفید فلورین های غیرآلی به درون پیچ خورده اند. از آنجایی که تفاوت هایی بین فلورین های غیرآلی و کربن وجود دارد تِن به آن ها مواد شبیه فلورین می گوید. فلورین های غیرآلی تمایل به تشکیل قفس به شکل کربن C60 ، C70 و ... ندارند ولی در عوض قفس هایی غیر یکنواخت تولید می کنند. این موضوع به وسیله یک تیم تحقیقاتی در امریکا بیان شده است که روی تشکیل قفس های فلورین شکل بسته کار می کنند. آن ها از لیزر برای کار روی سولفید مولیبدن و تشکیل قفس های سولفید مولیبدن استفاده کرده اند. این گروه نانواکتا هیدرات MoS2 را به شکل و ساختار و اندازه های ناپیوسته مشاهده کرده است. آن ها اعتقاد دارند که این مواد اولین فلورین های واقعی در دنیا هستند و اکنون در حال تحقیق روی سایر سیستم های لایه ای می باشند.

محققان به دنبال کاربردهای دیگری برای مواد فلورین شکل سولفید غیرآلی هستند که مهمترین آنها روغن کاری مواد جامد است. گروه تن ویژگی های سولفید تنگستن فلورین را با سولفیدهای لایه وار مقایسه کرده و دریافته است که در نیروهای کم ، مواد فلورین شکل روان کننده های بهتری هستند.

سولفیدهای فلورین شکل به شکل رشته هایی از توپ های بسیار کوچک که اصطکاک را کاهش می دهند ، به کار می روند. این مواد بسیار الاستیک بوده و از نظر شیمیایی نیز خنثی هستند. تِن می گوید که برای روغنکاری مواد جامد نیاز به این مواد است. البته بعد از مدت طولانی باید این مواد را جایگزین کرد و به سختی می توان آنها را بازیافت کرد. در موارد کاربرد کم حجم، با کاهش میزان اصطکاک و تنش مکانیکی می توان انرژی زیادی را در سیستم ها ذخیره کرد. متأسفانه در نیروهای بالاتر مشاهده شده که ذرات فلورین تجزیه می شوند. به هر حال این روغنکارهای جدید می توانند در موتورها و سیستم های انتقال و یاتاقان ها به کار برده شوند. در کار جدیدی که صورت گرفته مواد فلورین شکل سولفید تنگستن تولید شده است که به جای قفس خالی یا اکسید بسته لایه های سولفیدی روی کاربید تنگستن می پیچند. آنها در برابر فرسایش بسیار مقاوم هستند و به این صورت سختی ماده بالا می رود.

گروه تحقیقاتی دیگری در اسلوونی روی فلورین های سولفید و نانوتیوب ها کار می کنند. طبق گفته آنها لوله های تن بسیار نازک و کوچک هستند در حالی که لوله های ما در رنج mm و بسیار طویل هستند. این گروه ادعا می کنند که این مواد برای تولید فیبرهای قدرتی ، طول موج، وزن بسیار بالا و ظروف خنثی بسیار مناسب هستند. آنها در تحقیق شکل هندسی و فیزیک پایه ای این مواد نیز تمایلاتی نشان داده اند.

سایر کاربردهای بالقوه برای فلورین های سلنید و سولفید در میکروسکوپ های جستجو کننده می باشند، زیرا انتهای آنها پایدار است و می تواند درون بافت های باریک نفوذ کند. از آنها می توان در چیپ های سیلیکونی نیز استفاده کرد. تنها سولفیدها و سلنیدها نیستند که می توانند ساختارهای قفسی فلورین شکل و نانوتیوب ها را تولید کنند، نیکل نیز می تواند این قابلیت را داشته باشد. این موارد جدید در گروه فلورین ها از یک و چهار لایه کلرید نیکل تشکیل شده که آنهایی که عدد فرد لایه دارند مغناطیس بوده و می توانند در افزایش ظرفیت وسایل نگهداری مغناطیسی به کار روند. تحقیقات بسیار زیادی در طی چند دهه گذشته روی کاربردهای کربن های نانوتیوب صورت گرفته ولی تعداد گروه هایی که به دنبال فلورین های غیرآلی هستند کمتر از انگشتان یک دست می باشد که البته باید بیشتر مورد توجه قرار گیرند.