الكربون غير المتبلور

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الكربون غير المتبلور هو كربون حرّ نشط لا يمتلك بنية بلورية . يمكن تثبيت مواد الكربون غير المتبلور عن طريق إنهاء روابط π غير المشبعة بالهيدروجين . وكما هو الحال مع المواد الصلبة غير المتبلورة الأخرى ، يمكن ملاحظة بعض الترتيب قصير المدى. يُختصر الكربون غير المتبلور غالبًا إلى aC للكربون غير المتبلور العام، أو aC:H أو HAC للكربون غير المتبلور المهدرج، أو ta-C للكربون غير المتبلور رباعي الأوجه (يُسمى أيضًا الكربون الشبيه بالماس ). [ 1 ]

في علم المعادن

في علم المعادن ، يُستخدم مصطلح الكربون غير المتبلور للإشارة إلى الفحم ، والكربون المشتق من الكربيدات ، وغيرها من أشكال الكربون غير النقية التي لا تُصنف ضمن الجرافيت أو الماس. أما من الناحية البلورية ، فإن هذه المواد ليست غير متبلورة تمامًا، بل هي مواد متعددة البلورات من الجرافيت أو الماس [ 2 ] ضمن مصفوفة من الكربون غير المتبلور . ويحتوي الكربون التجاري عادةً على كميات كبيرة من عناصر أخرى، والتي قد تُشكل بدورها شوائب بلورية.

في العلوم الحديثة

مع تطور تقنيات الترسيب والنمو الحديثة للأغشية الرقيقة في النصف الثاني من القرن العشرين، مثل الترسيب الكيميائي للبخار ، والترسيب بالرش ، والترسيب بالقوس الكاثودي ، أصبح من الممكن تصنيع مواد الكربون غير المتبلورة حقًا.

يحتوي الكربون غير المتبلور الحقيقي على إلكترونات باي موضعية (على عكس روابط باي العطرية في الجرافيت)، وتتشكل روابطه بأطوال ومسافات لا تتوافق مع أي شكل آخر من أشكال الكربون . كما يحتوي على تركيز عالٍ من الروابط غير المشبعة؛ مما يتسبب في انحرافات في المسافة بين الذرات (كما تم قياسها باستخدام حيود الأشعة السينية ) تزيد عن 5%، بالإضافة إلى اختلاف ملحوظ في زاوية الرابطة. [ 2 ]

تختلف خصائص أغشية الكربون غير المتبلور تبعًا للمعايير المستخدمة أثناء الترسيب. وتُعدّ نسبة الروابط المهجنة sp² إلى sp³ الموجودة في المادة الطريقة الأساسية لتوصيف الكربون غير المتبلور. يتكون الجرافيت بالكامل من روابط مهجنة sp² ، بينما يتكون الماس بالكامل من روابط مهجنة sp³ . تُعرف المواد الغنية بالروابط المهجنة sp³ باسم الكربون غير المتبلور رباعي الأوجه ، نظرًا للشكل رباعي الأوجه الذي تُشكّله هذه الروابط، أو باسم الكربون الشبيه بالماس (نظرًا لتشابه العديد من خصائصه الفيزيائية مع خصائص الماس) .

عمليًا، يمكن تحديد نسب sp² إلى sp³ بمقارنة الشدة النسبية لقمم طيفية مختلفة (بما في ذلك مطيافية فقدان طاقة الإلكترون ، ومطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية ، ومطيافية رامان ) مع تلك المتوقعة للجرافيت أو الماس. أما في الدراسات النظرية، فتُحسب نسب sp² إلى sp³ غالبًا بحساب عدد ذرات الكربون المرتبطة بثلاث ذرات مجاورة مقابل تلك المرتبطة بأربع ذرات مجاورة. (تتطلب هذه التقنية تحديد معيار اعتباطي إلى حد ما لتحديد ما إذا كانت الذرات المجاورة مرتبطة أم لا، ولذلك تُستخدم فقط كمؤشر على النسبة النسبية بين sp² و sp³ ) .

على الرغم من أن توصيف مواد الكربون غير المتبلورة بنسبة sp² - sp³ قد يوحي بوجود نطاق أحادي البعد من الخصائص بين الجرافيت والماس، إلا أن هذا ليس صحيحًا على الإطلاق. وتجري حاليًا أبحاثٌ حول طرق توصيف وتوسيع نطاق الخصائص التي توفرها مواد الكربون غير المتبلورة.

تحتوي جميع الأشكال العملية للكربون المهدرج (مثل الدخان، وسخام المداخن، والفحم المستخرج مثل البيتومين والأنثراسيت) على كميات كبيرة من قطران الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات ، وبالتالي فهي مسرطنة بشكل شبه مؤكد.

كيو-كربون

يُزعم أن الكربون Q ، اختصارًا للكربون المُخَمَّد، هو نوع من الكربون غير المتبلور يتميز بخواص مغناطيسية حديدية ، وموصلية كهربائية ، وصلابة تفوق صلابة الماس ، [ 3 ] وقادر على إظهار الموصلية الفائقة عند درجات حرارة عالية . [ 4 ] أعلن فريق بحثي بقيادة البروفيسور جاغديش نارايان وطالب الدراسات العليا أناغ بهوميك في جامعة ولاية كارولينا الشمالية عن اكتشاف الكربون Q في عام 2015. [ 5 ] وقد نشروا العديد من الأبحاث حول تركيب الكربون Q وخصائصه، [ 6 ] ولكن بعد مرور سنوات، لم يتم التوصل إلى تأكيد تجريبي مستقل لهذه المادة وخصائصها.

بحسب الباحثين، يتميز الكربون Q ببنية عشوائية غير متبلورة، تتكون من مزيج من روابط ثلاثية ( sp² ) ورباعية (sp³ ) ، بدلاً من روابط sp³ المنتظمة الموجودة في الماس. [ 7 ] يُصهر الكربون باستخدام نبضات ليزر نانوثانية، ثم يُبرد بسرعة لتكوين الكربون Q، أو مزيج من الكربون Q والماس. يمكن تشكيل الكربون Q بأشكال متعددة، من الإبر النانوية إلى أغشية الماس واسعة المساحة. كما أفاد الباحثون بإنتاج الماس النانوي ذي الفراغات النيتروجينية [ 8 ] ونيتريد البورون Q (Q-BN)، بالإضافة إلى تحويل الكربون إلى ماس ونيتريد البورون سداسي الأضلاع (h-BN) إلى نيتريد البورون مكعب الأضلاع (c-BN) [ 9 ] في درجات حرارة وضغوط الهواء المحيطة. [ 10 ] حصلت المجموعة على براءات اختراع لمواد Q، وتعتزم تسويقها. [ 11 ]

في عام 2018، استخدم فريق من جامعة تكساس في أوستن عمليات محاكاة لاقتراح تفسيرات نظرية للخصائص المذكورة للكربون Q، بما في ذلك الموصلية الفائقة عند درجات حرارة عالية قياسية، والمغناطيسية الحديدية، والصلابة. [ 12 ] [ 13 ] ومع ذلك، لم يتم التحقق من صحة عمليات المحاكاة التي قاموا بها من قبل باحثين آخرين.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ روبرتسون، ج. (1986). "الكربون غير المتبلور". التقدم في الفيزياء . 35 (4): 317-374 . Bibcode : 1986AdPhy..35..317R . doi : 10.1080/00018738600101911 .
  2. 1 2 الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " أغشية الكربون الشبيهة بالماس ". doi : 10.1351/goldbook.D01673
  3. ^ نارايان، جاغديش. غوبتا، سيدهارث؛ بوميك، أناغ؛ ساشان، ريتيش؛ سيليني، فيليبو؛ ريدو ، إليسا (2018). “Q- الكربون أصعب من الماس”. إم آر إس للاتصالات . 8 (2): 428-436 . دوى : 10.1557/mrc.2018.35 . ردمك 2159-6859 . 
  4. ↑ برومويتش، جوناه (2015-12-03). "مادة جديدة أصلب من الماس، كما يقول العلماء" . صحيفة نيويورك تايمز . ISSN 0362-4331 . تاريخ الاسترجاع: 22 سبتمبر 2019 . 
  5. ^ نارايان، جاغديش. بوميك ، أناغ (2015/12/07). “مرحلة جديدة من الكربون والمغناطيسية الحديدية والتحويل إلى الماس”. مجلة الفيزياء التطبيقية . 118 (21): 215303. بيب كود : 2015JAP...118u5303N . دوى : 10.1063/1.4936595 . ISSN 0021-8979 . 
  6. ↑ "باحثون يكتشفون طوراً جديداً للكربون، ويصنعون الماس في درجة حرارة الغرفة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 سبتمبر 2019 .
  7. ↑ "الكربون Q أصلب من الماس، وسهل الصنع بشكل لا يصدق | إكستريم تك" . إكستريم تك . تم الاطلاع عليه في 22 سبتمبر 2019 .
  8. ↑ نارايان، جاغديش؛ بهوميك، أناغ (2016-11-02). "تخليق جديد وخصائص الماس النانوي النقي والمطعم بـ NV وغيرها من البنى النانوية" . رسائل بحوث المواد . 5 (4): 242-250 . doi : 10.1080/21663831.2016.1249805 . ISSN 2166-3831 . 
  9. ↑ نارايان، جاغديش؛ بهوميك، أناغ (فبراير 2016). "تحديث بحثي: التحويل المباشر لـ h-BN إلى c-BN نقي في درجات الحرارة والضغوط المحيطة في الهواء" . مواد APL . 4 (2): 020701. Bibcode : 2016APLM....4b0701N . doi : 10.1063/1.4941095 . ISSN 2166-532X . 
  10. ^ نارايان، جاغديش. بوميك، أناغ؛ غوبتا، سيدهارث؛ حق، اريفول؛ ساشان ، ريتيش (2018-04-06). "التقدم في مادة Q-carbon والمواد ذات الصلة ذات الخصائص الاستثنائية" . رسائل أبحاث المواد . 6 (7): 353-364 . دوى : 10.1080 / 21663831.2018.1458753 . ردمك 2166-3831 . 
  11. ^ جوبتا، سيدهارث. ساشان، ريتيش؛ بوميك، أناغ؛ بانت، بونام؛ نارايان ، جاغديش (يونيو 2018). “نمو مدفوع بالتبريد في الكربون Q والماس والجرافيت”. إم آر إس للاتصالات . 8 (2): 533–540 . دوى : 10.1557/mrc.2018.76 . ردمك 2159-6859 . 
  12. ↑ ساكاي، يوكي؛ تشيليكوفسكي، جيمس ر.؛ كوهين، مارفن ل. (2018-02-01). "محاكاة تأثير تطعيم البورون في الكربون فائق التوصيل". مجلة Physical Review B. 97 ( 5) 054501. arXiv : 1709.07125 . Bibcode : 2018PhRvB..97e4501S . doi : 10.1103/PhysRevB.97.054501 . S2CID 103252354 . 
  13. ↑ ساكاي، يوكي؛ تشيليكوفسكي، جيمس ر.؛ كوهين، مارفن ل. (13 يوليو 2018). "المغناطيسية في الكربون غير المتبلور". مجلة Physical Review Materials . 2 (7) 074403. arXiv : 1803.11336 . Bibcode : 2018PhRvM...2g4403S . doi : 10.1103/PhysRevMaterials.2.074403 . S2CID 103093007 .