p Cientistas da National Research Nuclear University MEPhI (Rússia) explicaram a estabilidade dos fulerenos dopados com nitrogênio, o que facilita sua produção e aplicação industrial. O artigo foi publicado em Physica E:Sistemas de baixa dimensão e nanoestruturas . p O carbono é um dos elementos químicos mais comuns na Terra. É parte de todos os compostos orgânicos e inorgânicos. Antes do final do século 20, apenas duas de suas formas alotrópicas, diamante e grafite, eram conhecidos. A data, os cientistas descobriram muitas outras formas que já são usadas na eletrônica, farmacologia e energia.

p Uma das mais promissoras entre essas formas são os fulerenos - esferas ocas que contêm de 20 a várias centenas de átomos de carbono. Sua descoberta ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1996. Verificou-se que cada fulereno pode atuar como um dispositivo nanoeletrônico completo, como um diodo ou um transistor. Graças às suas pequenas dimensões, os dispositivos de fulereno são muito eficientes e extremamente rápidos.

p Fulerenos quimicamente modificados são o próximo estágio no desenvolvimento da tecnologia de fulerenos. Substituindo o doping, que inclui a substituição de um ou vários átomos de carbono por átomos de um elemento diferente, é um método de modificação comum. A estrutura geral do Fulereno permanece a mesma, mas sua composição eletrônica e mudança de atividade química. Portanto, substituir o doping aumenta a variabilidade das características dos fulerenos e, portanto, expande o escopo de sua aplicação.

p Os elementos mais próximos do carbono na Tabela Periódica, boro ou nitrogênio, geralmente são usados ​​como substitutos. Eles têm massa atômica e tamanho próximo ao do carbono. Fulerenos dopados com boro e nitrogênio são bons adsorventes de substâncias médicas e agentes nervosos. Eles também absorvem aditivos com sucesso.

p Contudo, os cientistas descobriram que os fulerenos dopados com nitrogênio sintetizados têm uma alta proporção de isômeros defeituosos que diferem dos outros em estrutura e características. As altas temperaturas necessárias para a síntese causaram o chamado defeito Stone-Wales que desestabilizou as gaiolas de fulereno. É importante notar que os fulerenos dopados com boro eram resistentes ao calor.

p Os professores Konstantin Katin e Mikhail Maslov procuraram explicar essa característica. Para sua pesquisa, eles escolheram o menor fulereno, consistindo em apenas 20 átomos. Devido ao seu pequeno tamanho, é menos estável do que outros fulerenos. Portanto, as causas dos defeitos devem ser mais aparentes.

p A interação dos átomos do fulereno e a distribuição dos elétrons dentro de sua gaiola foram descritas usando modelos matemáticos especiais baseados nas leis da mecânica quântica. Os físicos usaram pacotes de software especializados e seus próprios programas originais. A tarefa mais complicada era estabelecer a geometria do ponto de sela, a configuração de um fulereno quando a excitação térmica normal se torna irreversível e por todos os meios leva ao defeito.

p Os resultados do MEPhI forneceram uma explicação completa da estabilidade dos fulerenos dopados. Com base nas equações da mecânica quântica, os pesquisadores provaram que, ao contrário do boro, mesmo um átomo de nitrogênio pode desestabilizar uma gaiola de fulereno porque o átomo de nitrogênio tem um elétron adicional.

p "Descobrimos que leva 4,93 eV para destruir o fulereno С20 original, enquanto leva apenas 2,98 eV para destruir um fulereno dopado com C19N. Os aglomerados com mais nitrogênio são ainda menos estáveis. Com base nesses dados, podemos concluir que os fulerenos dopados com nitrogênio são altamente suscetíveis à temperatura. Abaixar a temperatura em um reator em apenas ~ 20 ° C reduzirá significativamente a parcela de fulerenos defeituosos, "Konstantin Katin explicou.

p A publicação despertou grande interesse internacional entre cientistas que pesquisam a produção e aplicação de fulerenos dopados. Nos próximos anos, uma tecnologia pode ser desenvolvida para sintetizar fulerenos dopados com nitrogênio em temperaturas mais baixas. A tecnologia pode resolver o problema de isômeros defeituosos e garantir que as características do cluster resultante possam ser reproduzidas.