Carbono amorfo

carbono amorfo es carbono libre y reactivo que no tiene estructura cristalina. Los materiales de carbono amorfo se pueden estabilizar terminando los enlaces π colgantes con hidrógeno. Como ocurre con otros sólidos amorfos, se puede observar cierto orden de corto alcance. El carbono amorfo a menudo se abrevia como aC para carbono amorfo general, aC:H o HAC para carbono amorfo hidrogenado, o como ta- C para carbono amorfo tetraédrico (también llamado carbono tipo diamante).

En mineralogía

En mineralogía, carbono amorfo es el nombre utilizado para el carbón, el carbono derivado de carburos y otras formas impuras de carbono que no son ni grafito ni diamante. Sin embargo, en un sentido cristalográfico, los materiales no son verdaderamente amorfos sino materiales policristalinos de grafito o diamante dentro de una matriz de carbono amorfa. El carbón comercial también suele contener cantidades importantes de otros elementos, que también pueden formar impurezas cristalinas.

En la ciencia moderna

Con el desarrollo de técnicas modernas de deposición y crecimiento de películas delgadas en la segunda mitad del siglo XX, como la deposición química de vapor, la deposición por pulverización catódica y la deposición por arco catódico, fue posible fabricar materiales de carbono verdaderamente amorfos.

El verdadero carbono amorfo tiene electrones π localizados (a diferencia de los enlaces π aromáticos del grafito), y sus enlaces se forman con longitudes y distancias que son inconsistentes con cualquier otro alótropo del carbono. También contiene una alta concentración de enlaces colgantes; estos causan desviaciones en el espaciado interatómico (medido mediante difracción) de más del 5%, así como una variación notable en el ángulo de enlace.

Las propiedades de las películas de carbono amorfo varían según los parámetros utilizados durante la deposición. El método principal para caracterizar el carbono amorfo es a través de la proporción de enlaces hibridados sp² a sp³ presentes en el material. El grafito se compone exclusivamente de enlaces hibridados sp², mientras que el diamante se compone únicamente de enlaces hibridados sp³. Los materiales con un alto contenido de enlaces hibridados sp³ se denominan carbono amorfo tetraédrico, debido a la forma tetraédrica formada por sp^3. enlaces hibridados, o como carbono similar al diamante (debido a la similitud de muchas propiedades físicas con las del diamante).

Experimentalmente, las relaciones sp² a sp³ se pueden determinar comparando las intensidades relativas de varios picos espectroscópicos (incluidas la espectroscopia EELS, XPS y Raman) con las esperadas. Para grafito o diamante. En trabajos teóricos, las proporciones sp² a sp³ a menudo se obtienen contando el número de átomos de carbono con tres vecinos vinculados versus aquellos con cuatro vecinos vinculados. (Esta técnica requiere decidir sobre una métrica algo arbitraria para determinar si los átomos vecinos se consideran unidos o no, y por lo tanto se utiliza simplemente como una indicación de la relación sp²-sp³ proporción.)

Aunque la caracterización de materiales de carbono amorfo mediante la relación sp²-sp³ puede parecer indicar un rango unidimensional de propiedades entre el grafito y el diamante, esto es Definitivamente no es el caso. Actualmente se están realizando investigaciones sobre formas de caracterizar y ampliar la gama de propiedades que ofrecen los materiales de carbono amorfo.

Todas las formas prácticas de carbono hidrogenado (por ejemplo, humo, hollín de chimenea, carbón extraído como betún y antracita) contienen grandes cantidades de alquitranes de hidrocarburos aromáticos policíclicos y, por lo tanto, son casi con certeza cancerígenos.

Q-carbono

Q-carbon, abreviatura de carbono apagado, es un tipo de carbono amorfo que es ferromagnético, conductor de electricidad, más duro que el diamante y capaz de exhibir superconductividad a altas temperaturas. Un grupo de investigación dirigido por el profesor Jagdish Narayan y la estudiante de posgrado Anagh Bhaumik de la Universidad Estatal de Carolina del Norte anunció el descubrimiento del carbono Q en 2015. Han publicado numerosos artículos sobre la síntesis y caracterización del carbono Q, pero años después, no hay ningún confirmación experimental independiente de esta sustancia y sus propiedades.

Según los investigadores, Q-carbon exhibe una estructura amorfa aleatoria que es una mezcla de 3 vías (sp²) y 4 vías (sp³) unión, en lugar de la unión uniforme sp³ que se encuentra en los diamantes. El carbono se funde mediante pulsos láser de nanosegundos y luego se apaga rápidamente para formar carbono Q, o una mezcla de carbono Q y diamante. Se puede fabricar Q-carbon para que adopte múltiples formas, desde nanoagujas hasta películas de diamante de gran superficie. Los investigadores también informaron sobre la creación de nanodiamantes con vacantes de nitrógeno y nitruro de Q-boro (Q-BN), así como la conversión de carbono en diamante y h-BN en c-BN a temperatura ambiente y presión del aire. El grupo obtuvo patentes sobre materiales q y tenía la intención de comercializarlos.

En 2018, un equipo de la Universidad de Texas en Austin utilizó simulaciones para proponer explicaciones teóricas de las propiedades reportadas del carbono Q, incluida la superconductividad, el ferromagnetismo y la dureza récord a alta temperatura. Sin embargo, sus simulaciones no han sido verificadas por otros investigadores.