Cebola carbonada

As cebolas de carbono são nanopartículas de carbono que consistem em camadas concêntricas de moléculas de fulereno . O número de camadas é variável, as maiores cebolas de carbono obtidas têm quase 100.

Histórico

Após a descoberta inicial dos fulerenos, Kroto e MacKay teoricamente consideraram a formação de fulerenos em várias camadas (comumente chamados de "cebolas de carbono"). A existência de tais estruturas requer uma sucessão de camadas exibindo a mesma simetria e separadas por uma distância próxima à existente entre os planos do grafite .

Em 1992, durante um estudo das estruturas formadas a partir de uma mistura de nanotubos , nanopartículas e carbono amorfo , Ugarte observou por HRTEM  (in) uma evolução muito surpreendente: ao usar um feixe de elétrons de densidade muito forte, uma transformação morfológica de nanotubos e nanopartículas ocorre gradualmente até a formação de partículas quase esféricas.

A presença de cebola de carbono no espaço deveria explicar o espectro de absorção da poeira interestelar em 217,5  nm e confirmada em 2004.

Propriedades

Para ser capaz de formar uma cebola de carbono estável, a distância entre duas camadas sucessivas de fulereno deve ser substancialmente igual à distância entre os planos da grafite, ou seja, aproximadamente 3,4  Å . Este é o caso da família do fulereno formada por 60n 2 ou 20n 2 átomos, onde n é um número natural, como a cebola de três camadas (n = 3) com base em C 60, de fórmula C 60 @C 240 @C 540.

Zwanger e Banhart mostraram por estudos de microscopia eletrônica de alta resolução que a orientação relativa das camadas é aleatória e a estrutura das cebolas de carbono é desordenada.

Sob certas condições, quando as cebolas são levadas a uma temperatura da ordem de 700  ° C e bombardeadas por elétrons, as camadas internas sofrem um rearranjo estrutural e se transformam em diamante . De fato, sob essas condições, as cebolas se contraem e a distância entre duas camadas sucessivas muda gradualmente: a união das camadas externas é relativamente pequena, enquanto a distância entre duas camadas internas pode ser reduzida para 2,2  Å , dando origem a pressões muito altas . no coração da cebola. Por outro lado, nanopartículas de diamante recozidas isoladas se transformam em cebolas de carbono esféricas.

Síntese

Pouco se sabe sobre como as cebolas carbono crescem, mas agora elas são Feitas por métodos diferentes:

O último método parece ser o mais promissor, pois consegue filmes finos de cebolas de carbono com algum controle de tamanho e uma distribuição de forma relativamente estreita.

Notas e referências

  1. (em) S. Iglesias-Groth , A. Ruiz , J. Bretón e JM Gomez Llorente , "  Um modelo teórico da polarização estática de buckyonions de carbono  " , Journal of Chemical Physics , vol.  118, n o  15,2003, p.  7103-7111 ( DOI  10.1063 / 1.1561051 ).
  2. (em) HW Kroto e K. McKay , "  A formação de partículas de carbono em espiral de casca quasi-icosaédrica  " , Nature , vol.  331,Janeiro de 1988, p.  328-331 ( DOI  10.1038 / 331328a0 ).
  3. (em) Daniel Ugarte , "  Curling and closure of graphitic networks under electron-beam irradiation  " , Nature , vol.  359,Outubro de 1992, p.  707-709 ( DOI  10.1038 / 359707a0 ).
  4. (em) AA Lucas , L. Henrard e Ph. Lambin , "  Computation of the ultraviolet absorb and inelastic electron scattering cross section of MultiShell fullerenes  " , Physical Review B , Vol.  49, n o  4,1994, p.  2888-2896 ( DOI  10.1103 / PhysRevB.49.2888 ).
  5. (em) Satoshi Tomita , Minoru Fujii e Shinji Hayashi , "  Defective Carbon Onions in Interstellar Space as the Origin of the Optical Extinction Bump at 217,5 nanômetros  " , The Astrophysical Journal , vol.  609,2004, p.  220-224 ( DOI  10.1086 / 420899 ).
  6. (em) Michael S. Zwanger e Florian Banhart , "  A estrutura das cebolas de carbono concêntricas como Determinado por microscopia eletrônica de alta resolução  " , Philosophical Magazine B , Vol.  72, n o  1,1995, p.  149-157 ( DOI  10.1080 / 13642819508239070 ).
  7. (em) F. Banhart e PM Ajayan , "  Carbon onions have nanoscopic pressure cells for diamond training  " , Nature , vol.  382,agosto de 1996, p.  433-435 ( DOI  10.1038 / 382433a0 ).
  8. (em) Satoshi Tomita , Andrzej Burian , John C. Dore , David LeBolloch , Minoru Fujii e Shinji Hayashi , "  Nanopartículas de diamante em transformação de cebolas de carbono: estudos de difração de raios X  " , Carbon , Vol.  40, n o  9,2002, p.  1469-1474 ( DOI  10.1016 / S0008-6223 (01) 00311-6 ).