Náttúrufræðingurinn - 1995, Page 13

pípanna stjórnar kristalgerð fylliefnisins
og getur þannig kallað fram sérstæða
eiginleika hjá efninu. Knattkolspípur geta
því gegnt mikilvægu hlutverki fyrir þróun
nanótækni framtíðarinnar.
Tæpu ári eftir að Iijima birti uppgötvun
sína á knattkolspípum tilkynnti eðlis-
fræðingurinn Ugarte um enn eina nýja
gerð kolefnis (Ugarte 1992). Ugarte var að
athuga kolefnissót í rafeindasmásjá og jók
rafeindaflæðið um sýnið meir en tífalt,
meðal annars til að athuga áhrif rafeinda-
geislans á sótið. Honum til mikillar furðu
ummynduðust knallkolspípur, grafítflögur
og myndlaust kolefni í sýninu í kúlulaga
agnir (þvermál tæplega 50 nm). Nánari
athugun leiddi í ljós að hver ögn var
samsett úr mörgum knöttum sem voru
hver inni í öðrum, líkt og lagskipting í
lauk. Fleiri en sextíu knettir geta verið í
hverri kúluögn og bilið á milli knattanna
er, líkt og hjá knattkolspípunum, það sama
og á milli grafítlaga. Þessir knettir Ugarte
eru oft kallaðir knattkolslaukar (bucky on-
ions). Líklegt er að C60 sé innsti knött-
urinn, en þar yfir komi næst C240 svo C540
o.s.frv. Þá má skrifa knattkolslaukinn sem
C60@C240@C540@... samkvæmt táknaðferð
Smalleys. Regluleg kúlulögun stærstu
knattkolanna í kollauknum bendir hins
vegar til þess að þeir séu gerðir úr
sjöhyrningum auk fimm- og sexhyrninga.
Risastór knattkol verða of strýtulaga um
fimmhyrningana ef þau eru eingöngu gerð
úr fimm- og sexhyrningum. Hinsvegar eru
aðliggjandi sjö- og fimmhyrningar algeng-
ir í reglulegum kúlum geislunga (radio-
laria) eins og lil dæmis Aulonia hexagona
(Tarnai 1989).
Eitt það athyglisverðasta við uppgötvun
Ugartes var að knattkolslaukarnir stækk-
uðu því lengur sem rafeindageisla var
beint að sýninu. Nauðsynleg skilyrði fyrir
myndun knattkola eru því ekki bundin við
gasfasa heldur geta þau einnig myndast í
storkuham (solid state). Ugarte vildi út frá
þessu varpa fram þeirri spurningu hvort
knattkolslaukar væru í raun stöðugasta
form kolefnis en ekki grafít. Það væri fyrst
núna að réttar aðstæður væru fyrir myndun
þeirra. Þessa ályktun sína byggði hann á
þeirri staðreynd að grafítflötur fyrir hreint
kolefni hefði alltaf opin tengi (eða hvarf-
gjörn) á jöðrunum. í raun eru kolefnis-
atómin á jöðrum grafítflata tengd öðrum
atómum og þá aðallega vetni. Samkvæmt
þessu ætti kúlulögun að vera stöðugasta
bygging hreins kolefnis, a.m.k. fyrir
smærri agnir frumefnisins. Við verðum þó
að bíða nákvæmra mælinga á hreinum
sýnum knattkolslauka áður en við fáum
svar við þessari spurningu.
■ LOKAORÐ
Nú eru rúm tíu ár síðan fyrsta vísbendingin
um tilvist knattkola leit dagsins ljós. Vitað
er að knattkol hafa verið til miklu lengur
og eru stöðugt að myndast allt í kringum
okkur. Þau finnast til dæmis í sóti frá
kertaloga en þó aðeins í örlitlu magni.
Knattkol hafa verið lengi til á jörðinni því
þau finnast í ævafornu sóti í 65 milljón ára
gömlu jarðlagi frá mörkum krítar og tertfer
(Heymann o.fl. 1994), sem markar enda-
lok risaeðlanna, og einnig í sóti sem
myndaðist þegar loftsteinn féll á Sudbury í
Kanada fyrir 1,85 milljörðum ára (Becker
o.fl. 1994). Hins vegar er upphaflegu
spurningunni um samsetningu kolefnis-
þoka enn ósvarað, en ljóst er að C60-
knattkol er þar líklega ekki í umtalsverðu
magni, svo kaldhæðnislega sem það kann
að hljóma. Þó er mögulegt að ljósmerki frá
geimnum, sem mælist á útfjólubláa svið-
inu, sé frá knattkolslaukum (de Heer og
Ugarte 1993, Krátschiner 1994).
Uppgötvun knattkola undirstrikar enn
frekar fjölbreytnina í efnafræði kolefnis. í
dag þekkjum við byggingar kolefnis sem
fulltrúa fjögurra vídda. Knattkolin og
knattkolslaukarnir eru punktlaga og því
núllvíðir, knattkolspípurnar línulegar og
einvíðar, grafít llatt og tvívítt en demants-
grindin þrívíð. Ekki er loku fyrir það
skotið að enn verði uppgötvuð ný form
kolefnis. Til dæmis benda nýlegar rann-
sóknir til að hægt sé að mynda stöðugar
línulegar keðjur kolefnisatóma (svokall-
123