2.8.4. Ful·lerens

Figura 123. Estructura cristal·lina del grafè. Adaptat de Ciencia de los materiales, W. D. Callister, Ed. Reverté, Barcelona

Aquest material presenta nombroses propietats, de les quals es poden destacar les següents:

És extremadament dur.

És molt flexible i elàstic.

És transparent.

Presenta una alta conductivitat tèrmica i elèctrica

Actua com a catalitzador.

Serveix de suport de radiació ionitzant.

És molt lleuger, com la fibra de carboni, però més flexible.

Presenta un menor efecte Joule: s’escalfa menys en conduir els electrons.

Es pot dopar introduint impureses per canviar el seu comportament primigeni de manera que, per exemple, no repel·lisca l’aigua o que, fins i tot, augmente la seua conductivitat.

Té la capacitat autoreparadora; quan una làmina de grafè pateix dany i es trenca, la seua estructura genera un buit que atrau àtoms de carboni veïns.

En la seua forma oxidada absorbeix residus radioactius.

Les propietats del grafè són ideals per utilitzar-lo com a component de circuits integrats. Està dotat d’alta mobilitat de portadors, així com de baix nivell de soroll. Per tant, és ideal la seua utilització en cables d’alta velocitat, superbateries, etc.

2.8.4. Ful·lerens

La forma polimòrfica del ful·lerè va ser descoberta el 1985. Aquest compost existeix en forma molecular i consta d’una xarxa esfèrica de seixanta àtoms de carboni. Es representa per C60 (fig. 124).

Cada molècula està composta per grups d’àtoms de carboni que estan enllaçats uns al costat dels altres per formar configuracions geomètriques amb sis àtoms de carboni (hexàgons) i cinc àtoms de carboni (pentàgons). Una representació com la que s’indica a continuació, posseeix vint hexàgons i dotze pentàgons que comparteixen un mateix costat, i recorden la forma d’una pilota de futbol. Aquesta molècula és coneguda amb el nom de Buckminster fullerè, en honor a R. Buckminster Fuller, inventor de la cúpula geodèsica, ja que cada molècula de C60 és una rèplica d’aquesta cúpula.

Figura 124. Unitat estructural d’una molècula de C60. Adaptat de Ciencia de los materiales, W. D. Callister, Ed. Reverté, Barcelona

El diamant i el grafit s’anomenen sòlids reticulars perquè tots els àtoms de carboni formen enllaços primaris amb àtoms adjacents a través de tot el sòlid. Tot i això, en el cas de la molècula de ful·lerè, els àtoms de carboni s’uneixen uns amb els altres per formar molècules esfèriques.

En l’estat sòlid, les unitats C60 formen una estructura cristal·lina i s’empaqueten formant una xarxa cúbica compacta (fcc). Les dimensions de la cel·la unitat és d’1,41 nm de costat. Cada molècula de ful·lerè es comporta com un àtom individual a temperatura ambient i giren a l’atzar a una velocitat de 108 voltes per segon. Associada a cada molècula en l’estructura fcc hi ha dos posicions tetraèdriques i una octaèdrica. El material sòlid pur té una densitat baixa (1,65 g/cm3), és relativament tou i és un aïllant elèctric (conductivitat elèctrica < 10-7 (ohms/m) -1 .

Ara com ara, els ful·lerens amb més interès tecnològic són aquells que contenen impureses de metalls alcalins, particularment de potassi. Així, quan s’afegeix potassi en un percentatges de 3 ions K+ per molècula de C60, el material resultant, 3K C60, presenta una alta conductivitat elèctrica i posseeix les característiques d’un metall. Els ions K+, ocupen les posicions intersticials tetraèdriques i octaèdriques