Fysiker utforskar kol med extraordinära egenskaper

Agnieszka Iwasiewicz-Wabnig har i sitt avhandlingsarbete undersökt material där fullerener och/eller kolnanorör är huvudingrediensen. Fullerener och nanorör kallas för kolnanostrukturer eftersom de består av kolatomer och eftersom deras storlek är av nanometerstorlek, d.v.s. en miljardels meter. De vanligaste formerna av fullerener består av 60 eller 70 kolatomer och ser ut som väldigt små fotbollar (C60) eller rugbybollar (C70). Kolnanorör är precis vad de kallas för, cylindriska kolrör där diametern är av storleksordning nanometer, men deras längd kan vara 1000-tals gånger större. Genom att använda högt tryck och höga temperaturer är det möjligt att tillverka eller förändra material bestående av fullerener och/eller nanorör, eller dessa material tillsammans med gästatomer eller molekyler.

Material som baseras på fullerener och kolnanorör skiljer sig avsevärt från de flesta “traditionella” material, i första hand därför att de byggs upp av nanometerstora molekyler med starkt symmetriberoende egenskaper. Tjugo år av intensiva studier har visat att kolnanostrukturer verkligen är extraordinära. Deras utmärkta mekaniska egenskaper tilldrar sig stort intresse från materialforskare och deras oerhört mångsidiga elektriska egenskaper gör dem till ideala kandidater för framtida, bättre elektronik. Tillämpningarna verkar vara nästan utan gräns, och förslagen sträcker sig från kvantdatorer till medicinsk användning. För att få allt detta att fungera en dag måste vi emellertid först utforska och förstå nanomaterialens kemiska och fysikaliska egenskaper.

En intressant egenskap hos C60 är att den har en förmåga att polymerisera, d.v.s. binda samman en molekyl kemiskt med en eller flera andra likadana molekyler. Polymerisation förstärker material och ändrar deras egenskaper. Agnieszka Iwasiewicz-Wabnig har lyckats att för första gången polymerisera dels nanostavar bestående av C60-molekyler, och dels föreningen C60-kuban (kuban är ett kolväte som ser ut som en kub) med hjälp av höga tryck. Det visade sig att mekanismen för att polymerisera C60-kuban skilde sig markant från den mekanism som är känd från rent C60. Till exempel, i motsats till C60-polymerer, går det inte att bryta upp polymerisationen i C60-kuban med hög temperatur. Hon har även jämfört C60- och C70-“ärtskidor” (fullerener fyllda i kolnanorör) under extrema tryck- och temperaturförhållanden. På detta sätt kan man avslöja hur inneslutning i nanometerstora utrymmen påverkar fullerenernas förmåga att polymerisera. Slutligen har hon också visat att föreningen Rb4C60 är en halvledare vid alla tryck upp till 2 GPa. Det motsäger teoretiska förväntningar om detta material och även tidigare rapporter om en övergång från halvledare till metall under högt tryck nära 1.2 GPa. Iwasiewicz-Wabnig har dessutom karaktäriserat olika kolnanomaterial med Ramanspektroskopi, röntgendiffraktion och atomkraftsmikroskopi. Avhandlingen presenterar forskningsresultat som fortfarande är långt ifrån direkta tillämpningar men som bidrar till generell kunskap om molekylbaserade kolmaterial. Det tar oss ett steg närmare framtida vardagstillämpningar.

Agnieszka Iwasiewicz-Wabnig kommer ursprungligen från Polen.

Måndagen den 24 september försvarar Agnieszka Iwasiewicz-Wabnig, institutionen för fysik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln “Studies of carbon nanomaterials based on fullerenes and carbon nanotubes”, svensk titel: “Studier av kolnanomaterial baserade på fullerener och kolnanorör”. Disputationen äger rum kl 10.00 i Lilla hörsalen, KB3A9, KBC. Fakultetsopponent är professor Eleanor Campbell, Göteborgs universitet. Avhandlingen försvaras på engelska.

Kontaktinformation
För mer information, kontakta:
Agnieszka Iwasiewicz-Wabnig
Telefon: 090-786 63 20
E-post: agnieszka.iwasiewicz@physics.umu.se