Del ful.lerè al grafè: el carboni, actor principalde l’enginyeria de la matèria

Miquel DuranUniversitat de Girona

Llagostera, 18/11/2010

Ciència espectacular• El youtube proporciona bons exemples de

ciència espectacular i engrescadora: videos promocionals– Física– Química

Realitat augmentada (ciència augmentada)

Robots que caminen sobre

l’ADN

17/5/2010: Nature -A team of scientists from Columbia University, Arizona State University, the University of Michigan, and the California Institute of Technology (Caltech) have programmed an autonomous molecular "robot" made out of DNA to start, move, turn, and stop while following a DNA track.

Defensina HNP-3

El carboni, actor de la vida

Astroquímica

Què hi ha allà dalt?

ROTACIONS

ROTACIONS

VIBRACIONS

1962 cm-1 4421 cm-1 4769 cm-1

VIBRACIONS

740 cm-1 740 cm-1

1120 cm-1 1808 cm-1

Empremta Digital de Molècules

Espectre Vibracional(representació dels diferents moviments de vibració)

Suposem una molècula amb fórmula C2H4O2, per a la qual es proposen dues estructures A i B, cadascuna amb un espectre característic:

Què tenim?

Suposem una molècula amb fórmula C2H4O2, per a la qual es proposen dues estructures A i B, cadascuna amb un espectre característic:

Què tenim?

C-O-H Stretching

C-O-H Stretching

4597 cm-1

4595 cm-1

4600 cm-1 4613 cm-1

Del ful.lerè al grafè… Però primer, el benzè

Antracè interestel.larUna col.laboració de l’Institut Astrofísic de Canàries ha permés detectar molècules d’antracè, formades per tres anells d’àtoms de carboni. Es tracta d’una molècula orgànica força grossa. El titular del Discovery News la titlla de prebiòtica, formada per carboni i hidrogen i conté molts d’enllaços conjugats.Segons la nota de premsa de l’IAC, a la mateixa zona s’hi ha trobat una altra concentració de molècules de carboni radicalàries, sempre molt reactives.La distància a la qual s’ha trobat és de 700 anys-llum.

PAHs: hidrocarburs aromàtics policíclics a l’espai

Monstre de l’espai(Chemistry World 2007) Astrochemists who waited 25 years to find an anion in space have spotted three in less than a year. The latest detection, the octatetraynyl ion (C8H-), is the largest negatively charged molecule ever seen in space, beating C4H- and C6H-, discovered late last year. The recent anion bonanza forces a rethink in models of interstellar chemistry, say astronomers. US teams at the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), Virginia, and the Harvard Smithsonian Centre for Astrophysics, Massachusetts, detected the octatetraynyl ion in a cold, dark gas cloud in the constellation Taurus, and also in the envelope of gas surrounding a dying giant star in the constellation Leo. The scientists matched radiowave signals collected by the Green Bank Telescope in West Virginia to laboratory measurements of the C8H- spectrum. Around 150 molecules have so far been identified in the interstellar gas clouds from which comets, stars and planets eventually form. A dozen are cations, formed when UV radiation strips away an electron. As far back as 1981, Eric Herbst suggested that negative molecular ions might be found in gas clouds, but astronomers had doubted that molecules could hold onto extra electrons long enough to be spotted. 'That's obviously not the case,' said Mike McCarthy of the Harvard team. 'Anions are surprisingly abundant.'   

Nanonaus: futbal.lens a la vistaNow, a team of astronomers has found that in the dusty environment around a

white dwarf star lying about 6500 light years from Earth, a few per cent of the carbon is in the form of buckyballs. T

The astronomers used the Spitzer Space Telescope to detect the distinctive infrared spectrum of buckyballs made of 60 and 70 carbon atoms in a dusty nebula around the white dwarf.

The team suspects that abundant carbon and a lack of hydrogen in the nebula created just the right environment to give rise to buckyballs. When hydrogen is present, it combines with carbon, preventing the pure-carbon spheres from forming.

(New Scientist, 7/2010)

Nanonaus: metoritsWe report on the discovery of naturally occurring fullerenes (C60 to C400) in the Allende

and Murchison meteorites and some sediment samples from the 65 million-year-old Cretaceous/Tertiary boundary layer (KTB). Unlike the other pure forms of carbon (diamond and graphite), fullerenes are extractable in an organic solvent (e.g., toluene or 1,2,4-trichlorobenzene). The recognition of this unique property led to the detection and isolation of the higher fullerenes in the Kratschmer/Huffmann arc evaporated graphite soot and in the carbon material in the meteorite and impact deposits. By further exploiting the unique ability of the fullerene cage structure to encapsulate and retain noble gases, we have determined that both the Allende and Murchison fullerenes and the KTB fullerenes contain trapped noble gases with ratios that can only be described as extraterrestrial in origin.

(PNAS 2000)

Ascensor espacial

Una nanoràdio

The nanotube radio, invented in 2007 by physicist Alex Zettl and his colleagues at the University of California, Berkeley, performs a set of amazing feats: a single carbon nanotube tunes in a broadcast signal, amplifies it, converts it to an audio signal and then sends it to an external speaker in a form that the human ear can readily recognize.

NanoEstructures

Ful·lerens: C60

Ful.lerens diversos

Collarets de ful.lerè (sintetitzats)

Ful.lerens recreatius: paper, globus, cartes

Clathrus ruber (Reixes del Diable)

NanoCotxes

Com Ballen les Molècules?

Nanoputià

Com Ballen les Molècules?

2340 cm-1

El grafè

Llàpissos i grafè• D.I.Y. Graphene: How to Make One-Atom-Thick Carbon Layers

With Sticky Tape

Informàtica i GrafèSpin computers, when developed, would utilize the electron’s spin

state to store and process vast amounts of information while using less energy, generating less heat and performing much faster than conventional computers in use today.

Es tracta de memòries basades en tenir “0″ i “1″ segons l’spin d’un electró sigui d’un tipus o d’un altre. L’spin d’un electró és una propietat mecanoquàntica que no té analogia clàssica, i només pot tenir dos valors. El problema, que ja s’ha trobat en ordinadors quàntics basats en propietats d’spin, és mantenir l’estat quàntic sense alterar durant un temps significatiu. En l’article de Kawakami s’hi esmenta que els electrons injectats al grafè que són detectats atravessant un aïllant per efecte túnel poden durar fins a mig nanosegon, és a dir, de l’ordre d’un cicle dels actuals processadors que són utilitzats als ordinadors habituals.

Els avantatges de memòries basades en els spins dels electrons són força òbvies: molta més densitat d’informació, i molta menys energia requerida per canviar el valor de cada bit. Però cal encara superar moltes dificultats, i per això els investigadors senyalen que caldran al menys 5 anys per tenir algun dispositiu pràctic que faci alguna cosa.

Premis Nobel

• Química 1996: Ful.lerens

• Física 2010: Grafè

Les nostres aportacions • Estudis teòrico-computacionals sobre l’estructura i

reactivitat dels ful.lerens i dels PAHs• Estudis i reviews sobre el concepte d’aromaticitat i la

seva relació amb la densitat electrònica • Nova metodologia mecanoquàntica, nous algorismes

computacionals• Itinerari químic per Girona (realitat augmentada)

I el meu químic preferit… en Panoràmix

Moltes gràcies per la vostra atenció!

Per saber-ne més:

http://miquelduran.net

http://edunomia.net

http://c4d.udg.edu

miquel.duran@udg.edu

twitter, facebook: miquelduran