Buckminsterfullerène C60 Application industrielle par dépôt PVD

C60 Dispositif d'évaporation à induction

Propriétés :

Au début des années 2000, les propriétés chimiques et physiques des fullerènes étaient un sujet d'actualité dans le domaine de la recherche et du développement. En avril 2003, les fullerènes étaient à l'étude en vue d'une utilisation médicinale potentielle : lier des antibiotiques spécifiques à la structure pour cibler les bactéries résistantes et même cibler certaines cellules cancéreuses comme le mélanome[41]. Le numéro d'octobre 2005 de Chimie et biologie contenait un article décrivant l'utilisation des fullerènes comme agents antimicrobiens activés par la lumière[42]

Dans le domaine des nanotechnologies, la résistance à la chaleur et la supraconductivité sont parmi les propriétés les plus étudiées.

Une méthode couramment utilisée pour produire des fullerènes consiste à envoyer un courant important entre deux électrodes de graphite proches dans une atmosphère inerte. L'arc de plasma de carbone qui en résulte entre les électrodes se refroidit en un résidu de suie dont de nombreux fullerènes peuvent être isolés.

De nombreux calculs ont été effectués à l'aide de méthodes quantiques ab-initio appliquées aux fullerènes. Par les méthodes DFT et TD-DFT on peut obtenir des spectres IR, Raman et UV. Les résultats de ces calculs peuvent être comparés aux résultats expérimentaux.

Aromaticité

Les chercheurs ont pu augmenter la réactivité des fullerènes en fixant des groupes actifs à leur surface. Le buckminsterfullerène ne présente pas de "superaromatisme", c'est-à-dire que les électrons des anneaux hexagonaux ne se délocalisent pas sur toute la molécule.

Un fullerène sphérique de n atomes de carbone possède n électrons de liaison pi, libres de délocalisation. Celles-ci devraient essayer de délocaliser sur l'ensemble de la molécule. La mécanique quantique d'un tel arrangement devrait être comme une seule enveloppe de la structure mécanique quantique bien connue d'un atome unique, avec une enveloppe remplie stable pour n = 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, 128, etc. ; c'est-à-dire deux fois un nombre carré parfait ; mais cette série ne comprend pas 60. Cette règle 2(N + 1)2 (avec N entier) pour l'aromaticité sphérique est l'analogue tridimensionnel de la règle de Hückel. Le cation 10+ satisferait à cette règle et devrait être aromatique. C'est ce qui a été démontré par la modélisation chimique quantique, qui a montré l'existence de forts courants de sphère diamagnétique dans le cation[43]

Par conséquent, le C60 dans l'eau a tendance à capter deux électrons de plus et à devenir un anion. Le nC60 décrit ci-dessous peut être le résultat d'une tentative de C60 de former une liaison métallique lâche.

Chimie

Article principal : Chimie du fullerène

Les fullerènes sont stables, mais pas totalement inertes. Les atomes de carbone hybrides sp2, qui sont à leur énergie minimale dans le graphite plan, doivent être pliés pour former la sphère ou le tube fermé, qui produit la déformation angulaire. La réaction caractéristique des fullerènes est l'addition électrophile à 6,6 doubles liaisons, qui réduit la contrainte angulaire en changeant les carbones hybridées sp2 en carbones hybridées sp3. Le changement d'orbites hybridées fait passer l'angle de liaison d'environ 120° dans les orbites sp2 à environ 109,5° dans les orbites sp3. Cette diminution de l'angle de liaison permet aux liaisons de se plier moins lors de la fermeture de la sphère ou du tube, et ainsi, la molécule devient plus stable.

D'autres atomes peuvent être piégés à l'intérieur des fullerènes pour former des composés d'inclusion appelés fullerènes endoédriques. Un exemple inhabituel est le fullerène ovoïde Tb3N@C84, qui viole la règle du pentagone isolé[44] Des preuves récentes d'un impact de météorite à la fin de la période permienne ont été trouvées en analysant les gaz rares ainsi préservés[45] Des inoculations à base de métallofullène utilisant le procédé d'acier rhonditique sont en production comme l'une des premières utilisations commercialement viable des buckyballs.

Technologie de production

Les procédés de production de fullerène comprennent les cinq sous-processus suivants : (i) synthèse de fullerènes ou de suie contenant du fullerène ; (ii) extraction ; (iii) séparation (purification) pour chaque molécule de fullerène, donnant des fullerènes purs tels que C60 ; (iv) synthèse de dérivés (utilisant principalement les techniques de synthèse organique) ; (v) autre post-traitement tel que dispersion en matrice. Les deux méthodes de synthèse utilisées dans la pratique sont la méthode à l'arc et la méthode à la combustion. Ce dernier, découvert au Massachusetts Institute of Technology, est préféré pour la production industrielle à grande échelle[57][58]

Applications

Les fullerènes ont été largement utilisés pour plusieurs applications biomédicales, y compris la conception d'agents de contraste IRM de haute performance, d'agents de contraste d'imagerie par rayons X, de thérapie photodynamique et d'administration de médicaments et de gènes, résumés dans plusieurs études détaillées.

Royal Technology et "School of Material Science & Engineering Shanghai University" ont collaboré ensemble

et a développé la machine de revêtement PVD pour d'autres applications de R & D

Avec méthode d'évaporation inductive pour le dépôt de couches minces dans un environnement sous vide poussé sur les produits