Allotropes de carbone - NanoScienceWorks
Diamond est l'un des plus connus allotropes de carbone, dont la dureté et la grande dispersion de la lumière le rendent utile pour les applications industrielles et des bijoux. Le diamant est le plus dur connu minérale naturelle. ce qui en fait un excellent abrasif et est aussi un diamant tient son extrêmement bien poli et conserve l'éclat.
L'utilisation industrielle dominante du diamant est dans la coupe, le perçage, le meulage, et le polissage. La plupart des utilisations des diamants dans ces technologies ne nécessitent pas de gros diamants; en fait, la plupart des diamants qui sont de qualité gemme, sauf pour leur petite taille, peuvent trouver un usage industriel. Les diamants sont intégrés dans des conseils de forage ou des lames de scie ou broyé en une poudre pour une utilisation dans le meulage et de polissage. Les applications spécialisées comprennent l'utilisation dans les laboratoires que le confinement des expériences à haute pression (voir l'enclume de diamant), les roulements de haute performance. et une utilisation limitée dans les fenêtres spécialisées.
Avec les progrès constants réalisés dans la production de diamant synthétique, les applications futures commencent à devenir possible. Beaucoup d'excitation est récolté l'utilisation possible du diamant comme approprié semi-conducteurs pour construire des micropuces à partir, ou l'utilisation du diamant comme un dissipateur thermique en électronique. importants efforts de recherche au Japon. L'Europe . et les États-Unis sont en cours pour tirer parti du potentiel offert par les propriétés des matériaux uniques de diamant, combinée à une augmentation de la qualité et de la quantité de l'offre commence à devenir disponibles auprès des fabricants de diamants synthétiques.
Chaque atome de carbone en diamant est lié de manière covalente à quatre autres atomes de carbone dans un tétraèdre. Ces tétraèdres forment ensemble un réseau à 3 dimensions de cycles à six chaînons d'atomes plissées. Ce réseau stable de liaisons covalentes et l'arrangement tridimensionnel des obligations que le diamant est si forte.
Graphite (nommé par Abraham Gottlob Werner en 1789. γραφειν du grec: « pour dessiner / écriture », pour son utilisation dans les crayons) est l'un des allotropes les plus courantes de carbone. Contrairement à diamant, le graphite est un conducteur, et peut être utilisé, par exemple, en tant que matériau dans les électrodes d'une lampe à arc électrique. Le graphite a la distinction d'être la forme la plus stable du carbone solide jamais découvert.
Le graphite est capable de conduire l'électricité en raison de la non apparié quatrième électrons dans chaque atome de carbone. Ces formes d'électrons non appariés 4e plans délocalisés ci-dessus et en dessous des plans des atomes de carbone. Ces électrons sont libres de se déplacer, sont donc en mesure de conduire l'électricité. Cependant, l'électricité est uniquement réalisée dans le plan des couches.
la poudre de graphite est utilisée en tant que lubrifiant sec. Bien qu'il puisse penser que cette propriété industrielle importante est entièrement due au couplage lâche interlamellaire entre les feuilles dans la structure, en fait, dans un environnement de vide (par exemple dans les technologies pour une utilisation dans l'espace), le graphite est avéré être un lubrifiant très pauvre . Cet effet conduire à la découverte que le pouvoir lubrifiant de graphite est due à l'air et de l'eau adsorbée entre les couches, à la différence d'autres lubrifiants secs en couches tels que le disulfure de molybdène. Des études récentes suggèrent qu'un effet appelé superlubricity peut également prendre en compte cet effet.
graphites naturels et cristallins ne sont pas souvent utilisés sous forme pure en tant que matériaux de construction en raison de leurs plans de cisaillement, la fragilité et les propriétés mécaniques incohérentes.
Dans son matériau vitreux pur (isotropes) des formes synthétiques, le graphite pyrolytique et le graphite des fibres de carbone est extrêmement robuste et résistante à la chaleur (à 3000 ° C), utilisé dans les boucliers de rentrée pour pointes coniques des missiles, des moteurs à propergol solide, des réacteurs à haute température. sabots de frein et brosses à moteur électrique.
graphites intumescents ou extensibles sont utilisés dans les joints d'incendie, installés autour du périmètre d'une porte coupe-feu. En cas d'incendie les boursoufle de graphite (se dilate et caractères) pour résister à la pénétration du feu et empêcher la propagation des fumées. Une température d'expansion de démarrage typique (SET) est comprise entre 150 et 300 degrés Celsius.
carbone amorphe
carbone amorphe est le nom utilisé pour le carbone qui n'a pas de structure cristalline. Comme avec tous les matériaux vitreux, un peu d'ordre à courte portée peut être observée, mais il n'y a pas de modèle à longue distance des positions atomiques.
Le charbon et la suie sont à la fois de façon informelle appelé carbone amorphe. Cependant, les deux sont des produits de pyrolyse. qui ne produit pas vrai carbone amorphe dans des conditions normales. L'industrie du charbon divise de charbon en différentes qualités en fonction de la quantité de carbone présent dans l'échantillon par rapport à la quantité d'impuretés. Le grade le plus élevé, anthracite. est d'environ 90 pour cent de carbone et 10% d'autres éléments. Le charbon bitumineux est d'environ 75-90 pour cent de carbone, et le lignite est le nom de charbon qui est d'environ 55 pour cent de carbone.
fullerènes
Les fullerènes sont similaires à la structure de graphite, qui est composé d'une feuille d'anneaux hexagonaux liés, mais ils contiennent des cycles pentagonaux (ou parfois heptagonale) qui empêchent la feuille d'être plane.
Les nanotubes de carbone
Un nanotube (aussi connu comme un buckytube) est un membre de la famille structurale de fullerènes, qui comprend également fullerènes. Considérant que les fullerènes sont de forme sphérique, un nanotube est cylindrique. avec au moins une extrémité généralement coiffée d'un hémisphère de la structure de fullerène. Leur nom est dérivé de leur taille, puisque le diamètre d'un nanotube est de l'ordre de quelques nanomètres (environ 50.000 fois plus petite que la largeur d'un cheveu humain), alors qu'ils peuvent atteindre plusieurs centimètres de longueur. Il existe deux principaux types de nanotubes: nanotubes monoparois (SWNT) et des nanotubes à parois multiples (MWNT).
nanobaguettes de diamants agrégées
nanorods diamant totalisées. ou ADNR s, sont un allotrope du carbone considéré comme le matériau compressible moins connue de l'humanité, telle que mesurée par son module de compressibilité isotherme; agrégées nanotiges de diamant ont un module de 491 gigapascals (GPa), tandis qu'un diamant conventionnel a un module de 442 GPa. ADNRs sont également 0,3% plus dense que le diamant régulier. Le matériau ADNR est également plus difficile que le type IIa diamant et ultra-dures fullerite.
carbone vitreux
le carbone vitreux est une classe de carbone non graphitisation qui est largement utilisé comme matériau d'électrode en électrochimie. ainsi que pour les creusets à haute température et en tant que composant de certains dispositifs prothétiques. Il a été produit par les travailleurs dans les laboratoires de General Electric Company. Royaume-Uni, au début des années 1960, en utilisant la cellulose comme matériau de départ. Un peu plus tard, les travailleurs japonais ont produit un matériau similaire de résine phénolique. La préparation de carbone vitreux consiste à soumettre les précurseurs organiques à une série de traitements thermiques à des températures allant jusqu'à 3000 ° C Contrairement à de nombreux non graphitisation atomes de carbone, ils sont imperméables aux gaz et sont chimiquement très inertes, en particulier ceux qui ont été préparés à très hautes températures. Il a été démontré que les taux d'oxydation de certains atomes de carbone vitreux en oxygène, dioxyde de carbone ou la vapeur d'eau sont inférieurs à ceux de tout autre carbone. Ils sont aussi très résistants à l'attaque par les acides. Ainsi, alors que le graphite normal est réduit en poudre par un mélange d'acides sulfurique et nitrique concentré à la température ambiante, le carbone vitreux est non affectée par un tel traitement, même après plusieurs mois.
nanomousse de carbone
La structure à grande échelle de nanomousse de carbone est similaire à celle d'un aérogel. mais avec 1% de la densité des aérogels de carbone produites précédemment - seulement quelques fois la densité de l'air au niveau de la mer. A la différence des aérogels de carbone, nanomousse de carbone est un mauvais conducteur électrique.
lonsdaléite
Lonsdaléite est un allotrope hexagonal du diamant allotrope de carbone. cru pour former quand graphite météorique tombe sur Terre. La grande chaleur et le stress de l'impact transforme le graphite en diamant, mais conserve réseau cristallin hexagonal de graphite.
Chaoite est un minéral qui aurait été formé dans les impacts de météorites. Il a été décrit comme légèrement plus dur que le graphite avec une couleur de réflexion de gris au blanc. Cependant, l'existence de phases carbynes est contestée - voir l'entrée sur chaoite pour plus de détails.
Variabilité de carbone
Le système de allotropes de carbone couvre une gamme étonnante des extrêmes, étant donné qu'elles sont toutes les formations structurelles simplement du même élément.
Entre diamant et le graphite
- Le diamant est minéral le plus dur connu de l'homme (10 sur l'échelle de Mohs), mais le graphite est l'un des plus douces (1 - 2 sur l'échelle de Mohs).
- Le diamant est le nec plus ultra abrasif, mais le graphite est un très bon lubrifiant.
- Le diamant est un excellent isolant électrique, mais le graphite est un conducteur d'électricité.
- Le diamant est généralement transparent, mais le graphite est opaque.
- Diamant cristallise dans le système isométrique, mais le graphite cristallise dans le système hexagonal.
Entre carbone amorphe et nanotubes
- carbone est parmi Amorphe matériaux les plus faciles à synthétiser, mais les nanotubes de carbone sont extrêmement coûteux à faire.
- carbone amorphe est complètement isotrope. mais les nanotubes de carbone sont parmi les matériaux les plus anisotropes jamais produit.
© NanoScienceWorks - rendu possible par une dotation de Taylor - Francis Group.
Pour la meilleure expérience de visionnement, nous vous recommandons Firefox 2+ ou Internet Explorer 7+
hébergement Zope et soutien fourni par Core Software Group