Xerrada a l'institut d'Estudis Ilerdencs de 19/10/2011. Miquel Duran. Del ful.lerè al grafè: el carboni, actor principal de l'enginyeria de la matèria

2. Del ful.lerè al grafè:
el carboni, actor principal
de l’enginyeria de la matèria
Miquel Duran
@miquelduran
miquel.duran@udg.edu
Universitat de Girona
UdL + IEI, Lleida, 19/10/2011

3. [conflicte]
Innosfera, Vilanova i la

4. No fa pas gaire……
Este proceso de condensación sucede con
casi todas las moléculas de gas, dejando
sólo unas pocas en forma gaseosa. Estas
condiciones dejan sitio para el desarrollo de
una química peculiar entre el resto de
moléculas gaseosas, lo que lleva a la
formación de raras especies moleculares
como H2D+ and D2H+, compuestas a partir de
átomos de hidrógeno (H) y su variedad más
pesada, el deuterio (D).
• Estas peculiares moléculas han sido el objetivo de muchas búsquedas
observacionales en la última década, pero debido a que se forman en
cantidades tan pequeñas, son difíciles de observar.
• Ahora, un nuevo estudio del Atacama Pathfinder Experiment (APEX),
observando desde una prístina posición en el desierto chileno con un
instrumento especial conocido como CHAMP+, ha cartografiado la
distribución de las moléculas en el núcleo de la nube Rho Ophiuchi, una
región de formación estelar a unos 400 años luz de la Tierra.
• Estas escasas moléculas han sido un objetivo observacional desde hace
tiempo para los astrónomos.

5. Astroquímica
Què hi ha allà dalt?

7. Empremta Digital de Molècules
Espectre Vibracional
(representació dels diferents
moviments de vibració)

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

9. Astroquímica
Què hi ha allà dalt?

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

11. Antracè interestel.lar
Una 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.
(25/6/2010)

13. PAHs: hidrocarburs aromàtics
policíclics a l’espai

15. 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.'

16. Nanonaus: futbal.lens a la vista
Now, 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)

17. Nanonaus: metorits
We 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)

20. NanoEstructures
Ful·lerens: C60

21. Ful.lerens diversos
Collarets de ful.lerè (sintetitzats)
Ful.lerens recreatius: paper, globus,
cartes

22. Clathrus ruber (Reixes del Diable)

23. NanoCotxes

27. Ascensor espacial

28. 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.

29. No fa pas gaire (AJP 5-Abr): del Gat de
Schrödinger al Pop de Schrödinger
Interferència quàntica de grans molècules:
dualitat ona-partícula

30. L’experiment del gat de
Schrödinger
• Viu o mort?
• Carta vermella o negra?

31. Fa poc (AJP 5-Abr): del Gat de Schrödinger
al Pop de Schrödinger

32. El grafè

33. Llapis i grafè
• D.I.Y. Graphene: How to Make One-Atom-Thick Carbon Layers
With Sticky Tape

34. Informàtica i Grafè
Spin 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.

35. El grafè, filtre polaritzant de la llum
• Nature Photonics 5, 411–415 (2011) (abril 2011)
• we demonstrate the operation of a broadband fibre polarizer based
on graphene, an ultrathin two-dimensional carbon material. The out-
coupled light in the telecommunication band shows a strong s-
polarization effect with an extinction ratio of 27 dB. Unlikecan
support transverse-electric-mode surface wave propagation due to
its linear dispersion of Dirac electrons. polarizers made from thin
metal film, a graphene polarizer

36. El grafè, en computació quàntica
Punts quàntics
Qubits

37. Spherical Aromaticity
in Chem. Comm. (Hot Article)
• Els ful.lerens
icosaèdrics de
capa oberta que
segueixen la
regla 2N2+2N+1
són aromàtics
• (Solà & Poater,
iqcudg 9/2011)

38. Més info: graphene-info.com
• El meu ordinador: 2 GHz aprox.
IBM researchers develop a 155 Ghz graphene
transistor using a diamond-like carbon substrate

39. Curiositats químicuqes…
• Al meu blog Edunomia
• Etiqueta quirkchemistry

41. Premis Nobel
• Química 1996: Ful.lerens
• Física 2010: Grafè
• Una nostra aportació:
– Itinerari Químic Augmentat
– Iphone, Android: aplicació Layar

42. Ciència espectacular
• El youtube proporciona bons exemples de
ciència espectacular i engrescadora:
videos promocionals
– Física
– Química
Realitat
augmentada
(ciència
augmentada)

43. • Som a l’Any Internacional de la Química!
• CatQuimica.Cat
• Seguiu al twitter
– @c4dudg
– @catquimica
• Seguiu a facebook
– Udg.universitat
– Catquimica
• Trobareu aquesta presentació i d’altres a
http://slideshare.com/quelgir

44. I el meu químic preferit… en Panoràmix
Per saber-ne més:
http://miquelduran.net
http://edunomia.net
http://c4d.udg.edu
miquel.duran@udg.edu
twitter, facebook:
miquelduran
Moltes gràcies per la vostra atenció!