El carbono amorfo es carbono reactivo libre que no tiene ninguna estructura cristalina . Los materiales de carbono amorfo se pueden estabilizar terminando los enlaces π colgantes con hidrógeno . Al igual que con otros sólidos amorfos , se puede observar algún orden de corto alcance. El carbono amorfo a menudo se abrevia como aC para el carbono amorfo general, aC: H o HAC para el carbono amorfo hidrogenado, o como ta-C para el carbono amorfo tetraédrico (también llamado carbono similar al diamante ). [1]
En mineralogía
En mineralogía , carbono amorfo es el nombre que se utiliza para el carbón , el carbono derivado del carburo y otras formas impuras de carbono que no son ni grafito ni diamante. Sin embargo, en un sentido cristalográfico , los materiales no son verdaderamente amorfos sino materiales policristalinos de grafito o diamante [2] dentro de una matriz de carbono amorfo . El carbono comercial también suele contener cantidades significativas de otros elementos, que también pueden formar impurezas cristalinas.
En la ciencia moderna
Con el desarrollo de técnicas modernas de deposición y crecimiento de películas delgadas en la segunda mitad del siglo XX, como la deposición de vapor químico , la deposición por pulverización catódica y la deposición por arco catódico , se hizo posible fabricar materiales de carbono verdaderamente amorfo.
El verdadero carbono amorfo tiene electrones π localizados (a diferencia de los enlaces π aromáticos en el grafito), y sus enlaces se forman con longitudes y distancias que son inconsistentes con cualquier otro alótropo de carbono . También contiene una alta concentración de enlaces colgantes; estos causan desviaciones en el espaciamiento interatómico (medido usando difracción ) de más del 5%, así como una variación notable en el ángulo de enlace. [2]
Las propiedades de las películas de carbono amorfo varían según los parámetros utilizados durante la deposición. El método principal para caracterizar el carbono amorfo es a través de la relación de enlaces hibridados sp 2 a sp 3 presentes en el material. El grafito consiste puramente en enlaces hibridados sp 2 , mientras que el diamante consiste puramente en enlaces hibridados sp 3 . Los materiales que tienen un alto contenido de enlaces hibridados sp 3 se denominan carbono amorfo tetraédrico, debido a la forma tetraédrica formada por enlaces híbridos sp 3 , o carbono similar al diamante (debido a la similitud de muchas propiedades físicas con las del diamante).
Experimentalmente, las relaciones sp 2 a sp 3 pueden determinarse comparando las intensidades relativas de varios picos espectroscópicos (incluyendo espectroscopía EELS , XPS y Raman ) con las esperadas para grafito o diamante. En trabajos teóricos, las proporciones de sp 2 a sp 3 se obtienen a menudo contando el número de átomos de carbono con tres vecinos enlazados frente a aquellos con cuatro vecinos enlazados. (Esta técnica requiere decidir sobre una métrica algo arbitraria para determinar si los átomos vecinos se consideran enlazados o no y, por lo tanto, se usa simplemente como una indicación de la relación relativa sp 2 -sp 3 ).
Aunque la caracterización de los materiales de carbono amorfo por la relación sp 2 -sp 3 puede parecer indicar un rango unidimensional de propiedades entre el grafito y el diamante, este definitivamente no es el caso. Actualmente se están investigando formas de caracterizar y ampliar la gama de propiedades que ofrecen los materiales de carbono amorfo.
Todas las formas prácticas de carbono hidrogenado (por ejemplo, humo, hollín de chimenea, carbón extraído como betún y antracita) contienen grandes cantidades de alquitranes de hidrocarburos aromáticos policíclicos y, por lo tanto, son casi con certeza cancerígenos.
Q-carbono
Se afirma que el carbono Q , abreviatura de carbono templado, es un tipo de carbono amorfo que es ferromagnético , conductor de electricidad , más duro que el diamante , [3] y capaz de exhibir superconductividad a alta temperatura . [4] [5] [6] [7] Un grupo de investigación dirigido por el profesor Jagdish Narayan y el estudiante graduado Anagh Bhaumik de la Universidad Estatal de Carolina del Norte anunció el descubrimiento de Q-carbon en 2015. [4] [6] [8] [ 9] [10] [11] [12] Han publicado numerosos artículos sobre la síntesis y caracterización del carbono Q, pero a finales de 2020, no existe una confirmación experimental independiente de esta sustancia y sus propiedades.
Según los investigadores, Q-carbon exhibe una estructura amorfa aleatoria que es una mezcla de unión de 3 vías (sp 2 ) y 4 vías (sp 3 ) , en lugar de la unión uniforme sp 3 que se encuentra en los diamantes. [13] [14] El carbono se funde usando pulsos de láser de nanosegundos, luego se apaga rápidamente para formar Q-carbono, o una mezcla de Q-carbono y diamante. El Q-carbon se puede fabricar para que adopte múltiples formas, desde nanoagujas hasta películas de diamantes de gran superficie. Los investigadores también informaron de la creación de nanodiamantes con vacantes de nitrógeno [15] y nitruro de boro Q (Q-BN), así como la conversión de carbono en diamante y h-BN en c-BN [16] a temperatura ambiente y aire presiones. [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] El grupo obtuvo patentes sobre materiales q y tenía la intención de comercializarlos. [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31]
En 2018, un equipo de la Universidad de Texas en Austin utilizó simulaciones para proponer explicaciones teóricas de las propiedades informadas del carbono Q, incluida la superconductividad, el ferromagnetismo y la dureza récord de alta temperatura. [32] [33] Sin embargo, sus simulaciones no han sido verificadas por otros investigadores.
Ver también
- Carbono vidrioso
- Carbono tipo diamante
- Negro carbón
- Hollín
- Carbón
Referencias
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