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Buckminstersterfullerene C60 Aplicación industrial por deposición PVD

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Equipo de evaporación por inducción C60

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Propiedades:

A principios de la década de 2000, las propiedades químicas y físicas de los fullerenos eran un tema candente en el campo de la investigación y el desarrollo. En abril de 2003, los fullerenos estaban siendo estudiados para su posible uso medicinal: vinculando antibióticos específicos a la estructura para atacar bacterias resistentes e incluso a ciertas células cancerígenas como el melanoma. La edición de octubre de 2005 de Chemistry & Biology contenía un artículo que describía el uso de fullerenos como agentes antimicrobianos activados por luz[42]

En el campo de la nanotecnología, la resistencia al calor y la superconductividad son algunas de las propiedades más estudiadas.

Un método común utilizado para producir fullerenos es enviar una gran corriente entre dos electrodos de grafito cercanos en una atmósfera inerte. El arco de plasma de carbono resultante entre los electrodos se enfría y se convierte en residuo de hollín del que se pueden aislar muchos fullerenos.

Hay muchos cálculos que se han hecho usando métodos ab-initio quantum aplicados a los fullerenos. Con los métodos DFT y TD-DFT se pueden obtener espectros IR, Raman y UV. Los resultados de estos cálculos pueden compararse con los resultados experimentales.

Aromaticidad

Los investigadores han podido aumentar la reactividad de los fullerenos mediante la fijación de grupos activos a sus superficies. Buckminsterfullerene no presenta "superomaticidad": es decir, los electrones de los anillos hexagonales no se deslocalizan en toda la molécula.

Un fullereno esférico de n átomos de carbono tiene n electrones pi-bonding, libres para deslocalizar. Estos deben tratar de deslocalizar sobre toda la molécula. La mecánica cuántica de tal arreglo debería ser como un solo armazón de la conocida estructura mecánica cuántica de un solo átomo, con un armazón lleno estable para n = 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, 128, etc.; es decir, dos veces un número cuadrado perfecto; pero esta serie no incluye 60. Esta regla 2(N + 1)2 (con N entero) para la aromaticidad esférica es el análogo tridimensional de la regla de Hückel. El catión 10+ satisfaría esta regla, y debería ser aromático. Se ha demostrado que este es el caso utilizando el modelado químico cuántico, que mostró la existencia de fuertes corrientes de esferas diamagnéticas en el catión[43]

Como resultado, el C60 en el agua tiende a recoger dos electrones más y se convierte en un anión. El nC60 descrito a continuación puede ser el resultado de que el C60 intente formar una unión metálica suelta.

Química

Artículo principal: Química del fullereno

Los fullerenos son estables, pero no son totalmente irreactivos. Los átomos de carbono hibridado sp2, que están en su mínimo de energía en el grafito planar, deben ser doblados para formar la esfera o tubo cerrado, lo que produce una deformación angular. La reacción característica de los fullerenos es la adición electrofílica a 6,6 enlaces dobles, lo que reduce la tensión angular al cambiar los carbones hibridados sp2 a los hibridados sp3. El cambio en los orbitales hibridados hace que los ángulos de enlace disminuyan de unos 120° en los orbitales sp2 a unos 109,5° en los orbitales sp3. Esta disminución en los ángulos de enlace permite que los enlaces se doblen menos al cerrar la esfera o el tubo, y así, la molécula se vuelve más estable.

Otros átomos pueden quedar atrapados dentro de los fullerenos para formar compuestos de inclusión conocidos como fullerenos endoédricos. Un ejemplo inusual es el fullereno en forma de huevo Tb3N@C84, que viola la regla del pentágono aislado[44] Se encontraron pruebas recientes de un impacto de meteorito al final del período Pérmico al analizar los gases nobles así preservados[45] Los inoculados a base de metalolibdeno que utilizan el proceso de acero rondótico están comenzando a producirse como uno de los primeros usos comercialmente viables de las buckyballs.

Tecnología de producción

Los procesos de producción de fullereno comprenden los cinco subprocesos siguientes: i) síntesis de fullerenos o de hollín que contiene fullereno; ii) extracción; iii) separación (purificación) para cada molécula de fullereno, lo que da como resultado fullerenos puros como el C60; iv) síntesis de derivados (en su mayor parte utilizando las técnicas de síntesis orgánica); v) otros procesos posteriores, como la dispersión en una matriz. Los dos métodos de síntesis utilizados en la práctica son el método del arco y el método de combustión. Este último, descubierto en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, es el preferido para la producción industrial a gran escala[57][58]

Aplicaciones

Los fullerenos han sido ampliamente utilizados para varias aplicaciones biomédicas, incluyendo el diseño de agentes de contraste de alto rendimiento para RMN, agentes de contraste de imagenología de rayos X, terapia fotodinámica y administración de medicamentos y genes, resumidos en varias revisiones exhaustivas.

Royal Technology y la "School of Material Science & Engineering Shanghai University" han sido cooperados entre sí

y desarrolló la máquina de recubrimiento PVD para más aplicaciones de I+D

Con método de evaporación inductiva para depositar película delgada en ambientes de alto vacío sobre los productos