Трябваше да извървим дълъг път, преди да ви предложим тези води.

вода СВЕТЛАса продукт на множество изследвания на руски и европейски учени, посветени на изследването на използването на фулерени в медицината за лечение, профилактика на заболявания и стареене на човешкия организъм.

Като уникален инструмент за комфортен живот, здравето и фулерените правят чудеса. Основното им действие в нашето тяло е събирането и неутрализирането на свободните радикали (оксиданти), които имат разрушителен ефект върху клетките на тялото ни. Фулерените нямат насочен терапевтичен ефект върху конкретно заболяване или орган, както в случая с употребата на лекарства. Те действат като дългосрочен характер. По този начин помага да се отървете от много заболявания и, което е по-важно, да предотвратите появата им.

Списъкът на заболяванията включва:





онкологични заболявания


а

Именно от тези заболявания, пряко свързани с атаките на свободните радикали, помагат да се избавят антиоксидантите - фулерени. Не трябва да забравяме, че те водата се обогатява, а самата вода има невероятни способности и играе важна роля в оздравителния процес на човешкото тяло. Както знаете, ние сме 75% вода. Без да го попълваме в тялото си, рискуваме здравето си. Също така е много важно да се пие вода, която е чиста и с правилния състав, не е преминала през филтри (обратна осмоза), а е истинска жива натурална вода. Само той носи животворна енергия за тялото ни.

Комбинирайки тези две много важни свойства - приема на най-чиста вода и действието на фулерените, вие със сигурност ще постигнете удивителни резултати по пътя към вашето здраве и дълголетие.

Лечебно-столова "СВЕТЛА".подсилени с допълнителни ефекти, присъщи на вода "Краинска". Съдържа сулфати SO 4 - допринасящи за прочистването и нормализирането на черния дроб, жлъчния мехур, жлъчните пътища, панкреаса. Тази вода също ще помогне при лечението на заболявания на хранопровода, пикочните пътища
пътища, хроничен гастрит с нормална и повишена секреторна функция на стомаха, стомашна язва, метаболитни и храносмилателни нарушения след оперативни интервенции.

КАК ДА СЕ ПИЕ ПРАВИЛНО.

За най-добри резултати препоръчваме да пиете и двете води през цялата година, но да редувате приема им на месечна база - един месец пием една вода, втория месец -
друг. При това не забравяме, че минерална лечебна трапеза "СВЕТЛА" се пие по 200 - 250 мл. преди хранене (15-20 минути преди), а пиенето на "СВЕТЛА" - 150-200 мл. 0,5 часа преди хранене. И в двата случая 1,5 - 2,0 часа след хранене препоръчваме да изпиете допълнителна чаша негазирана вода BioVita или Stelmas.

Кратко и цветно изживяване, което отговаря на въпроса "Как да различим активната вода от мъртвата?" Сравняваме проба от обикновена бутилирана вода и вода Светла. За това се използва оцветен разтвор - канцероген, който имитира действието на свободните радикали.

Ускоряваме записа, за да видим бързо резултата ...

Как активността на вода Светла може да повлияе на нашето здраве. Нашето тяло се състои от трилиони клетки, живеещи в междуклетъчното пространство (IP), където водата, а не кръвта, носи храна. Клетките, развили енергия, пренасят в нея токсини, които също влизат в нея с кръвта. MP се зарежда, трови се, губи се енергия, разболяваме се. Токсините, както видяхте, най-бързо се раздробяват и извеждат от вода Светла. MP се изчиства, клетките произвеждат повече жизнена енергия, имунитетът се укрепва, антивирусната защита се повишава, рискът от онкология се премахва и много други.

Мръсна клетка

Мрежена клетка

Фулерените са молекулни съединения, принадлежащи към класа на алотропните модификации на въглерода, имащи затворени рамкови структури, състоящи се от три координирани въглеродни атома и имащи 12 петоъгълни и (n/2 - 10) хексагонални лица (n≥20). Особеността е, че всеки петоъгълник е съседен само на шестоъгълници.

Най-стабилната форма е C 60 (бакминстерфулерен), чиято сферична куха структура се състои от 20 шестоъгълника и 12 петоъгълника.

Фигура 1. Структура на C 60

Молекулата C 60 представлява въглеродни атоми, свързани един с друг чрез ковалентна връзка. Тази връзка се дължи на социализацията на валентните електрони на атомите. Дължината на C-C връзката в петоъгълника е 1,43 Ǻ, както и дължината на страната на шестоъгълника, свързващ двете фигури, но страната, свързваща шестоъгълниците, е приблизително 1,39 Ǻ.

При определени условия молекулите C 60 са склонни да бъдат подредени в пространството, те са разположени във възлите на кристалната решетка, с други думи, фулеренът образува кристал, наречен фулерит. За да могат молекулите C 60 да бъдат систематично разположени в пространството, подобно на техните атоми, те трябва да бъдат свързани помежду си. Тази връзка между молекулите в кристала се дължи на наличието на слаба сила на Ван дер Ваалс. Това явление се обяснява с факта, че в електрически неутрална молекула отрицателният заряд на електроните и положителният заряд на ядрото са разпръснати в пространството, в резултат на което молекулите могат да се поляризират една друга, с други думи, те водят до изместване в пространството на центровете на положителни и отрицателни заряди, което предизвиква тяхното взаимодействие.

Твърдото С 60 при стайна температура има гранецентрирана кубична решетка, чиято плътност е 1,68 g/cm 3 . При температури под 0 ° C настъпва трансформация в кубична решетка.

Енталпията на образуване на фулерен-60 е около 42,5 kJ/mol. Този показател отразява неговата ниска стабилност в сравнение с графита (0 kJ/mol) и диаманта (1,67 kJ/mol). Заслужава да се отбележи, че с увеличаване на размера на сферата (с увеличаване на броя на въглеродните атоми), енталпията на образуване асимптотично клони към енталпията на графита, това се дължи на факта, че сферата все повече и повече прилича на равнина.

Външно фулерените са фини кристални прахове с черен цвят, без мирис. Те са практически неразтворими във вода (H 2 O), етанол (C 2 H 5 OH), ацетон (C 3 H 6 O) и други полярни разтворители, но в бензен (C 6 H 6), толуен (C 6 H 5 - CH 3), фенил хлорид (C 6 H 5 Cl) се разтварят, образувайки червено-виолетови разтвори. Трябва да се отбележи, че когато капка стирол (C 8 H 8) се добави към наситен разтвор на C 60 в диоксан (C 4 H 8 O 2), има незабавна промяна в цвета на разтвора от жълто- кафяво до червено-виолетово, поради образуването на комплекс (солват).

В наситени разтвори на ароматни разтворители фулерените при ниски температури образуват утайка - кристален солват под формата C 60 Xn, където X е бензен (C 6 H 6), толуен (C 6 H 5 -CH 3), стирен (C 8 H 8), фероцен (Fe(C 5 H 5) 2) и други молекули.

Енталпията на разтваряне на фулерена в повечето разтворители е положителна; с повишаване на температурата разтворимостта като правило се влошава.

Изследването на физичните и химичните свойства на фулерена е актуално явление, тъй като това съединение става неразделна част от живота ни. В момента се обсъждат идеите за използване на фулерени при създаването на фотодетектори и оптоелектронни устройства, растежни катализатори, диамантени и диамантени филми, свръхпроводящи материали, а също и като багрила за копирни машини. Фулерените се използват при синтеза на метали и сплави с подобрени свойства.

Фулерените се планира да бъдат използвани като основа за производството на акумулаторни батерии. Принципът на работа на тези батерии се основава на реакцията на хидрогениране, те са в много отношения подобни на широко разпространените никелови батерии, но за разлика от последните, те имат способността да съхраняват няколко пъти по-голямо количество водород. В допълнение, тези батерии имат по-висока ефективност, леко тегло и безопасност за околната среда и здравето в сравнение с най-модерните литиеви батерии по отношение на тези качества. Фулереновите батерии могат да се използват широко за захранване на персонални компютри и слухови апарати.

Значително внимание се отделя на проблема с използването на фулерени в медицината и фармакологията. Обмисля се идеята за създаване на противоракови лекарства на базата на водоразтворими ендоедрални съединения на фулерени с радиоактивни изотопи.

Използването на фулерени обаче е ограничено от тяхната висока цена, което се дължи на трудоемкостта на синтеза на фулеренова смес, както и на многоетапното отделяне на отделни компоненти от нея.

Фулеренът е молекулно съединение, принадлежащо към класа на алотропните форми на въглерода и представляващо изпъкнали затворени полиедри, съставени от четен брой трикоординирани въглеродни атоми. Уникалната структура на фулерените определя техните уникални физични и химични свойства.

Други форми на въглерод: графен, карбин, диамант, фулерен, въглеродни нанотръби, мустаци.

Описание и структура на фулерена:

Фулерен, бакибол или бакибол е молекулно съединение, принадлежащо към класа на алотропните форми. въглероди представляващи изпъкнали затворени полиедри, съставени от четен брой трикоординирани въглеродни атоми.

Фулерените са кръстени по този начин на инженера и архитект Ричард Бъкминстър Фулър, който е проектирал и изградил пространствената структура на "геодезичния купол", който представлява полукълбо, сглобено от тетраедри. Този дизайн донесе на Фулър международно признание и слава. Днес, според неговите разработки, се разработват и изграждат куполни къщи. Фулеренът по своята структура и форма прилича на тези конструкции на Ричард Бъкминстър Фулър.

Уникалната структура на фулерените определя техните уникални физични и химични свойства. В комбинация с други вещества те правят възможно получаването на материали с принципно нови свойства.

В фулеренови молекули, атоми въглеродразположени във върховете на шестоъгълниците и петоъгълниците, които изграждат повърхността на сфера или елипсоид. Най-симетричният и най-пълно проучен представител на семейството на фулерените е фулеренът (C 60), в който въглеродните атоми образуват пресечен икосаедър, състоящ се от 20 шестоъгълниции 12 петоъгълника и наподобява футболна топка (като идеална форма, изключително рядка в природата).

Следващият най-често срещан е C 70 фулеренът, който се различава от C 60 фулерена по вмъкването на колан от 10 атома въглеродв екваториалната област C 60 , в резултат на което молекулата на фулерена C 60 е удължена и наподобява по своята форма топка за ръгби.

Така наречените висши фулерени, съдържащи по-голям брой въглеродни атоми (до 400 или повече), се образуват в много по-малки количества и често имат доста сложен изомерен състав. Сред най-изследваните висши фулерени може да се открои C н, където н= 74, 76, 78, 80, 82 и 84.

Връзката между върховете, ръбовете и лицата на фулерена може да се изрази с математическа формула съгласно теоремата на Ойлер за полиедри:

V - P + G = 2,

където B е броят на върховете на изпъкналия многостен, P е броят на неговите ръбове, а Γ е броят на лицата.

Необходимо условие за съществуването на изпъкнал полиедър според теоремата на Ойлер (и съответно за съществуването на фулерен с определена структура и форма) е наличието на точно 12 петоъгълни лица и B /2 — 10 лица.

Възможността за съществуването на фулерен е предсказана от японски учени през 1971 г., теоретичната обосновка е направена от съветски учени през 1973 г. Фулеренът е синтезиран за първи път през 1985 г. в САЩ.

Почти всички фулерени се получават изкуствено. В природата се среща в много малки количества. Образува се при изгаряне на природен газ и мълния, а също така се намира в много малки количества в шунгити, фулгурити, метеорити и дънни седименти, чиято възраст достига 65 милиона години.

Фулеренови съединения:

Фулеренът лесно влиза в съединения с други химични елементи. В момента на базата на фулерени вече са синтезирани повече от 3 хиляди нови и производни съединения.

Ако молекулата на фулерена, в допълнение към въглеродните атоми, включва атоми на други химични елементи, тогава ако атомите на други химични елементи са разположени вътре в въглеродната клетка, такива фулерени се наричат ​​ендоедрални, ако са извън - екзоедрални.

Предимства и свойства на фулерена:

- материалите с използване на фулерени имат повишена якост, устойчивост на износване, термична и химическа стабилност и намалена абразия,

– механичните свойства на фулерените позволяват използването им като високоефективна антифрикционна твърда смазка. Върху повърхностите на противотелата те образуват защитен фулерен-полимерен филм с дебелина десетки и стотици нанометри, който предпазва от термична и окислителна деградация, увеличава живота на фрикционните възли в аварийни ситуации с 3-8 пъти, повишава термичната стабилност на смазочни материали до 400-500 ° C и носещата способност на триещите се единици с 2-3 пъти, разширява обхвата на работното налягане на триещите се единици с 1,5-2 пъти, намалява времето за работа на противотелата,

– фулерените са способни да полимеризират и да образуват тънки филми,

– рязко намаляване на прозрачността на разтвора на фулерена, когато интензитетът на оптичното излъчване надвиши определена критична стойност поради нелинейни оптични свойства,

– възможността за използване на фулерени като основа за нелинейни оптични затвори, използвани за защита на оптични устройства от интензивно оптично излъчване,

- фулерените имат способността да проявяват свойствата на антиоксидант или окислител. Като антиоксидантипревишават действието на всички известни антиоксиданти 100-1000 пъти. Експериментите са проведени върху плъхове, хранени с фулерени в зехтин. В същото време плъховете живеят два пъти по-дълго от обикновено и освен това показват повишена устойчивост към действието на токсични фактори,

– е полупроводник със забранена зона ~1,5 eVи неговите свойства са в много отношения подобни на тези на други полупроводници,

– C60 фулерените, действащи като лиганд, взаимодействат с алкални и някои други метали. В този случай се образуват комплексни съединения от състава Me 3 C60, които имат свойствата на свръхпроводници.

Свойства на фулереновата молекула*:

* за C60 фулерен.

Получаване на фулерени:

Основните начини за получаване на фулерени са:

– изгаряне на графитни електроди в електрическа дъга в хелиева атмосфера при ниско налягане,

– лекарства и фармацевтични препарати,

– геомодификатори на триене,

- козметика,

- като добавка за получаване синтетични диамантиметод с високо налягане. Добивът на диаманти се увеличава с 30%,

Автоматична система за машинно доене на крави "Сти...

квантов компютър

Електрически автобус с динамично презареждане...

Здрав лаптоп на базата на Elbrus-1C+...

гъвкав камък

Най-ефективният начин за получаване на фулерени се основава на термичното разлагане на графит. При умерено нагряване на графита връзката между отделните слоеве графит се разкъсва, но изпаряващият се материал не се разлага на отделни атоми. В този случай изпареният слой се състои от отделни фрагменти, които са комбинация от шестоъгълници. Тези фрагменти образуват молекулата C60 и други фулерени. За разлагането на графит при производството на фулерени се използва резистивно и високочестотно нагряване на графитен електрод, изгаряне на въглеводороди, лазерно облъчване на повърхността на графит, изпаряване на графит от фокусиран слънчев лъч. Тези процеси се извършват в буферен газ, който обикновено е хелий. Най-често за получаване на фулерени се използва дъгов разряд с графитни електроди в хелиева атмосфера. Основната роля на хелия е свързана с охлаждането на фрагменти, които имат висока степен на вибрационно възбуждане, което им пречи да се комбинират в стабилни структури. Оптималното налягане на хелия е в диапазона 50-100 Torr.

Основата на метода е проста: между два графитни електрода се запалва електрическа дъга, в която анодът се изпарява. По стените на реактора се отлагат сажди, съдържащи от 1 до 40% (в зависимост от геометричните и технологични параметри) фулерени. За извличане на фулерени от сажди, съдържащи фулерени, се използват разделяне и пречистване, течна екстракция и колонна хроматография. На първия етап саждите се третират с неполярен разтворител (толуен, ксилен, въглероден дисулфид). Ефективността на екстракцията се осигурява чрез използването на апарат на Сокслет или ултразвук. Полученият разтвор на фулерени се отделя от утайката чрез филтруване и центрофугиране, разтворителят се дестилира или изпарява. Твърдата утайка съдържа смес от фулерени, разтворени в различна степен от разтворителя. Разделянето на фулерени в отделни съединения се извършва чрез колонна течна хроматография или течна хроматография под високо налягане. Пълното отстраняване на остатъка от разтворителя от пробата от твърд фулерен се извършва чрез задържане при температура 150-250 °C в условия на динамичен вакуум в продължение на няколко часа. Допълнително повишаване на чистотата се постига чрез сублимиране на пречистени проби

8. Перспективи за практическо използване на фулерени и фулерити

Откриването на фулерените вече доведе до създаването на нови клонове на физиката и химията на твърдото тяло (стереохимия). Биологичната активност на фулерените и техните производни се изучава активно. Доказано е, че представителите на този клас са способни да инхибират различни ензими, да предизвикват специфично разцепване на ДНК молекули, да насърчават преноса на електрони през биологични мембрани и да участват активно в различни редокс процеси в организма. Започна работа по изследване на метаболизма на фулерените, специално внимание се обръща на антивирусните свойства. Доказано е по-специално, че някои фулеренови производни са способни да инхибират протеазата на вируса на СПИН. Широко се обсъжда идеята за създаване на противоракови лекарства на базата на водоразтворими ендоедрални съединения на фулерени с радиоактивни изотопи. Но тук ще се спрем главно на перспективите за използване на фулеренови материали в техниката и електрониката.

Възможност за получаване на свръхтвърди материали и диаманти.Големи надежди се възлагат на опитите за използване на фулерен, който има частична sp^3 хибридизация, като суровина, която замества графита при синтеза на диаманти, подходящи за техническа употреба. Японски изследователи, които изследваха ефекта на налягането върху фулерена в диапазона 8-53 GPa, показаха, че преходът фулерен-диамант започва при налягане от 16 GPa и температура от 380 K, което е много по-ниско от

за преход графит-диамант. Доказано е, че е възможно да се

големи (до 600-800 микрона) диаманти при температура 1000 °C и налягане до 2 GPa. Изходът от големи диаманти в този случай достига 33 тегл. %. Линиите на рамановско разсейване с честота 1331 cm^-1 са с ширина 2 cm^-1, което показва високото качество на получените диаманти. Активно се изучава и възможността за получаване на свръхтвърди фулеритни фази, полимеризирани под налягане.

Фулерени като прекурсори за растеж на диамантени филми и силициев карбид.Филмите от широкозонни полупроводници, като диамант и силициев карбид, са обещаващи за използване във високотемпературна, високоскоростна електроника и оптоелектроника, включително ултравиолетовия диапазон. Цената на такива устройства зависи от развитието на методите за химическо отлагане на филм с широк процеп (CVD) и съвместимостта на тези методи със стандартната силициева технология. Основният проблем при растежа на диамантени филми е реакцията да се насочи преференциално по пътя на образуване на фазата sp^3 ине sp^2. Изглежда ефективно да се използват фулерени в две посоки: увеличаване на скоростта на образуване на диамантени нуклеационни центрове върху субстрата и използването им като подходящи "строителни елементи" за отглеждане на диаманти в газова фаза. Беше показано, че фрагментирането на C60 върху C2, които са подходящи материали за растеж на диамантени кристали. MER Corporation получи висококачествени диамантени филми със скорост на растеж от 0,6 µm/h, използвайки фулерени като прекурсори за растеж и нуклеация. Авторите прогнозират, че този висок темп на растеж ще намали значително цената на CVD диамантите. Значително предимство е, че фулерените улесняват процесите на съвпадение на параметрите на решетката по време на хетероепитаксия, което прави възможно използването на IR материали като субстрати.

Съществуващите в момента процеси за производство на силициев карбид изискват използването на температури до 1500 °C, което е слабо съвместимо със стандартната силициева технология. Въпреки това, използвайки фулерени, силициевият карбид може да бъде получен чрез отлагане на филм C60 върху силициева подложка с допълнително отгряване при температура не по-висока от 800–900 ° C при скорост на растеж от 0,01 nm / s върху Si подложка.

Фулерените като материал за литография.Поради способността да полимеризират под действието на лазерен или електронен лъч и да образуват фаза, неразтворима в органични разтворители, използването им като резист за субмикронна литография е перспективно. В същото време фулереновите филми издържат на значително нагряване, не замърсяват субстрата и позволяват сухо проявяване.

Фулерените като нови материали за нелинейната оптика.Материали, съдържащи фулерени (разтвори, полимери, течности със силно нелинейни оптични свойства, са обещаващи за използване като оптични ограничители (атенюатори) на интензивно лазерно лъчение; фоторефрактивни среди за запис на динамични холограми; честотни преобразуватели; устройства за фазово конюгиране.

Най-проучената област е създаването на оптични ограничители на мощността на базата на разтвори и твърди разтвори на C60. Ефектът от ограничението на нелинейното предаване започва от около 0,2 - 0,5 J/cm^2, нивото на наситено оптично предаване съответства на 0,1 - 0,12 J/cm 2 . Тъй като концентрацията в разтвора се увеличава, нивото на ограничаване на енергийната плътност намалява. Например, при дължина на пътя в пробата от 10 mm (колимиран лъч) и концентрации на разтвор на C60 в толуен от 1*10^-4, 1,65*10^-4 и 3,3*10^-4 M, наситеното пропускане на оптичния ограничител се оказа съответно 320, 165 и 45 mJ/cm 2 . Показано е, че при дължина на вълната от 532 nm за различна продължителност на импулса t (500 fs, 5 ps, 10 nsec), нелинейното оптично ограничение се проявява при енергийни плътности от 2, 9 и 60 mJ/cm^2. При високи плътности на входната енергия (повече от 20 J/cm^2), в допълнение към ефекта на нелинейно наситено поглъщане от възбуденото ниво, се наблюдава дефокусиране на лъча в пробата, което е свързано с нелинейна абсорбция, увеличаване на пробата температура и промяна в индекса на пречупване в областта на преминаване на лъча. За по-високи фулерени ръбът на абсорбционните спектри се измества към по-дълги дължини на вълната, което прави възможно получаването на оптично ограничение до n = 1.064 μm.

За да се създаде оптичен ограничител в твърдо състояние, от съществено значение е да се въведат фулерени в матрица в твърдо състояние, като същевременно се поддържа молекулата като цяло и се образува хомогенен твърд разтвор. Също така е необходимо да се избере матрица с висока радиационна устойчивост, добра прозрачност и високо оптично качество. Като матрици в твърдо състояние се използват полимери и стъкловидни материали. Съобщава се за успешно получаване на твърд разтвор на C60 в SiO 2 въз основа на използването на зол-гел технология. Пробите имаха оптична граница от 2-3 mJ/cm^2 и праг на увреждане от повече от 1 J/sv^2. Оптичен ограничител върху полистиролова матрица също е описан и е показано, че в този случай ефектът на оптичното ограничаване е 5 пъти по-добър, отколкото за C60 в разтвор. Когато фулерените се въвеждат в лазерни фосфатни стъкла, беше показано, че фулерените C60 и C70 в стъклата не се разрушават и механичната якост на стъклата, легирани с фулерени, е по-висока от тази на чистите стъкла.

Интересно приложение на нелинейно-оптичното ограничаване на мощността на излъчване е използването на фулерени в лазерната кухина за потискане на пиковия режим по време на самозаключване на режимите. Високата степен на нелинейност на среда с фулерени може да се използва като бистабилен елемент за компресиране на импулси в наносекундния диапазон на продължителност.

Наличие на фулерени в електронната структура пи-електронни системи води, както е известно, до голяма стойност на нелинейна чувствителност, което предполага възможността за създаване на ефективни генератори на третия оптичен хармоник. Наличието на ненулеви компоненти на тензора на нелинейната чувствителност x (3) е необходимо условие за осъществяване на процеса на генериране на третата хармоника, но за практическото му използване с ефективност от десетки процента е необходимо да има фазово съгласуване в средата. Ефективно генериране

могат да бъдат получени в слоести структури с квазифазово съвпадение на взаимодействащи вълни. Слоевете, съдържащи фулерен, трябва да имат дебелина, равна на дължината на кохерентното взаимодействие, а слоевете, които ги разделят с практически нулева кубична чувствителност, трябва да имат дебелина, която осигурява фазово изместване с пимежду излъчването на основната честота и третата хармонична.

Фулерените като нови полупроводникови и наноструктурни материали.Фулеритите като полупроводници със забранена зона от около 2 eV могат да се използват за създаване на полеви транзистори, фотоволтаични устройства, слънчеви клетки и има примери за такава употреба. Въпреки това, те трудно могат да се конкурират по параметри с конвенционалните устройства с напреднала технология, базирана на Si или GaAs. Много по-обещаващо е използването на фулереновата молекула като готов наноразмерен обект за създаване на наноелектронни устройства и устройства, базирани на нови физически принципи.

Фулеренова молекула, например, може да бъде поставена върху повърхността на субстрат по предварително определен начин с помощта на сканиращ тунелен (STM) или атомно-силов (AFM) микроскоп и използвана като метод за запис на информация. За разчитане на информацията повърхността се сканира със същата сонда. В същото време 1 бит информация е наличието или отсъствието на молекула с диаметър 0,7 nm, което прави възможно постигането на рекордна плътност на запис на информация. Такива експерименти се провеждат в Bell. Интерес за обещаващи устройства с памет представляват ендоедрични комплекси от редкоземни елементи като тербий, гадолиний и диспрозий, които имат големи магнитни моменти. Фулерен, съдържащ такъв атом, трябва да има свойствата на магнитен дипол, чиято ориентация може да се контролира от външно магнитно поле. Тези комплекси (под формата на под-еднослоен филм) могат да служат като основа на магнитна среда за съхранение с плътност на запис до 10^12 bit/cm^2 (за сравнение, оптичните дискове могат да постигнат повърхностна плътност на запис от 10^8 bit/cm^2).

Фигура 12 . Схематична диаграма на едномолекулен транзистор на молекулата C60

Бяха разработени физически принципи за създаване на аналог на транзистор на базата на една фулеренова молекула, която може да служи като усилвател в наноамперния диапазон ( ориз. 12). Два точкови наноконтакта са разположени на разстояние около 1-5 nm от едната страна на молекулата C60. Един от електродите е източникът, другият играе ролята на дренаж. Третият електрод (решетка) е малък пиезоелектричен кристал и се довежда до разстоянието на Ван дер Ваалс от другата страна на молекулата. Входният сигнал се подава към пиезоелектричния елемент (накрайник), който деформира молекулата, разположена между електродите - сорс и дрейн, и модулира проводимостта на вътрешномолекулния преход. Прозрачността на канала на потока на молекулния ток зависи от степента на размиване на вълновите функции на метала в областта на фулереновата молекула. Прост модел на този транзисторен ефект е тунелна бариера, чиято височина се модулира независимо от нейната ширина, т.е. молекулата C60 се използва като естествена тунелна бариера. Предполагаемите предимства на такъв елемент са малкият размер и много краткото време на полет на електроните в тунелен режим в сравнение с балистичния случай, откъдето и по-бързата реакция на активния елемент. Разглежда се възможността за интегриране, т.е. създаване на повече от един активен елемент на молекула C60.

Въглеродни наночастици и нанотръби

След откриването на фулерени C60 и C70, при изследване на продукти, получени от изгарянето на графит в електрическа дъга или мощен лазерен лъч, бяха открити частици, състоящи се от въглеродни атоми, имащи правилна форма и размер от десетки до стотици нанометри и следователно те получиха името освен фулерени също и наночастици .

Възниква въпросът защо отне толкова време, за да се открият фулерени, получени от толкова често срещан материал като графит? Има две основни причини: първо, ковалентната връзка на въглеродните атоми е много силна: за да се скъса, са необходими температури над 4000 ° C; второ, за откриването им е необходима много сложна апаратура - трансмисионни електронни микроскопи с висока разделителна способност. Както вече е известно, наночастиците могат да имат най-странни форми. Различни въглеродни образувания са представени в известни форми. От практическа гледна точка най-голям интерес за наноелектрониката, която сега измества микроелектрониката, представляват нанотръбите. Тези въглеродни образувания са открити през 1991 г. от японския учен С. Иджима. Нанотръбите са крайни графитни плоскости, навити под формата на цилиндър; те могат да бъдат с отворен или затворен край. Тези образувания са интересни и от чисто научна гледна точка, като модел на едномерни структури. Наистина вече са открити еднослойни нанотръби с диаметър 9 A (0,9 nm). На страничната повърхност въглеродните атоми, както в графитната равнина, са разположени във възлите на шестоъгълници, но в чашите, които затварят цилиндрите от краищата, могат да съществуват и петоъгълници и триъгълници. Най-често нанотръбите се формират под формата на коаксиални цилиндри.

Основната трудност при изучаването на свойствата на образуванията от нанотръби е, че понастоящем те не могат да бъдат получени в макроскопични количества, така че аксиалните оси на тръбите да са еднопосочни. Както вече беше отбелязано, нанотръбите с малък диаметър служат като отличен модел за изследване на характеристиките на едномерните структури. Може да се очаква, че нанотръбите, подобно на графита, са добри проводници на електрически ток и, вероятно, са свръхпроводници. Изследванията в тези насоки са въпрос на близко бъдеще.

ФУЛЕРЕНИ – НОВА АЛОТРОПНА ФОРМА НА ВЪГЛЕРОДА

1. ТЕОРЕТИЧЕН РАЗДЕЛ

1.1. Известни алотропни форми на въглерод

Доскоро беше известно, че въглеродът образува три алотропни форми: диамант, графит и карбин. Алотропия, от гръцки. Allos - различен, tropos - завой, свойство, съществуване на един и същ елемент под формата на структури, различни по свойства и структура.В момента е известна четвъртата алотропна форма на въглерода, така нареченият фулерен (многоатомни въглеродни молекули C n).

Произходът на термина "фулерен" се свързва с името на американския архитект Ричард Бъкминстър Фулър, който проектира полусферични архитектурни структури, състоящи се от шестоъгълници и петоъгълници.

В средата на 60-те години Дейвид Джоунс конструира затворени сфероидални клетки от графитни слоеве, нагънати по особен начин. Беше показано, че петоъгълникът може да бъде дефект, вграден в шестоъгълната решетка на обикновения графит и водещ до образуването на сложна извита повърхност.

В началото на 70-те години органичният физик Е. Осава предполага съществуването на куха, силно симетрична молекула C 60 със структура под формата на пресечен икосаедър, подобен на футболна топка. Малко по-късно (1973 г.) руски учени D.A. Бочвар и Е.Г. Галперин прави първите теоретични квантово-химични изчисления на такава молекула и доказва нейната стабилност.

През 1985 г. екип от учени: G. Kroto (Англия, Университет на Съсекс), Heath, 0"Brien, R.F. Curl и R. Smalley (САЩ, Университет Райс) успяха да открият фулеренова молекула при изследване на масспектъра на графитни пари след лазерно облъчване на твърда проба.

Първият начин за получаване и изолиране на твърд кристален фулерен е предложен през 1990 г. от W. Kretschmer и D. Huffman и колеги от Института по ядрена физика в Хайделберг (Германия).

През 1991 г. японският учен Иджима за първи път наблюдава с помощта на полярен йонен микроскоп различни структури, съставени, както в случая с графита, от шестчленни въглеродни пръстени: нанотръби, конуси, наночастици.

През 1992 г. са открити естествени фулерени в естествен въглероден минерал - шунгит (този минерал е получил името си от името на село Шунга в Карелия).

През 1997 г. Р.Е.

Нека разгледаме структурата на алотропните форми на въглерода: диамант, графит и карбин.

диамант -Всеки въглероден атом в диамантената структура е разположен в центъра на тетраедър, чиито върхове са четирите най-близки атома. Съседните атоми са свързани помежду си чрез ковалентни връзки (sp 3 хибридизация). Тази структура определя свойствата на диаманта като най-твърдото вещество, известно на Земята.

Графитнамира широко приложение в голямо разнообразие от области на човешката дейност, от производството на молив до модули за забавяне на неутрони в ядрени реактори. Въглеродните атоми в кристалната структура на графита са свързани помежду си чрез силни ковалентни връзки (sp 2 - хибридизация) и образуват шестоъгълни пръстени, които от своя страна образуват здрава и стабилна мрежа, подобна на пчелна пита. Решетките са подредени една над друга на слоеве. Разстоянието между атомите, разположени във върховете на правилните шестоъгълници, е 0,142 nm., между слоевете – 0,335 nm. Слоевете са хлабаво свързани един с друг. Такава структура - здрави слоеве въглерод, слабо свързани помежду си, определя специфичните свойства на графита: ниска твърдост и способност лесно да се разслоява на малки люспи.

Карабинакондензира под формата на бяло въглеродно отлагане на повърхността, когато пирографитът се облъчи с лазерен лъч светлина. Кристалната форма на карбина се състои от паралелно ориентирани вериги от въглеродни атоми с sp-хибридизация на валентни електрони под формата на прави макромолекули на полиин (-С= С-С= С-...) или кумулен (=С=С= С=...) видове .

Известни са и други форми на въглерод, като аморфен въглерод, бял въглерод (хаоит) и др. Но всички тези форми са композити, тоест смес от малки фрагменти от графит и диамант.

1.2. Геометрия на фулереновата молекула и кристалната решетка на фулерита

Фиг.3 Молекула фулерен C 6 0

За разлика от диаманта, графита и карбина, фулеренът е по същество нова форма на въглерод. Молекулата C 60 съдържа фрагменти с петкратна симетрия (петоъгълници), които са забранени от природата за неорганични съединения. Следователно трябва да се признае, че фулереновата молекула е органична молекула и кристалът, образуван от такива молекули ( фулерит) – това е молекулен кристал, който е връзка между органична и неорганична материя.

Плоска повърхност лесно се изгражда от правилни шестоъгълници, но затворена повърхност не може да се образува от тях. За да направите това, е необходимо да изрежете част от шестоъгълните пръстени и да оформите петоъгълници от изрязаните части. Във фулерена плоска решетка от шестоъгълници (графитна решетка) е сгъната и зашита в затворена сфера. В този случай някои от шестоъгълниците се превръщат в петоъгълници. Образува се структура - пресечен икосаедър, който има 10 оси на симетрия от трети ред, шест оси на симетрия от пети ред. Всеки връх на тази фигура има три най-близки съседи.Всеки шестоъгълник граничи с три шестоъгълника и три петоъгълника и всеки петоъгълник граничи само с шестоъгълници.Всеки въглероден атом в молекулата C 60 е разположен във върховете на два шестоъгълника и един петоъгълник и е фундаментално неразличим от другите въглеродни атоми. Въглеродните атоми, които образуват сферата, са свързани чрез силна ковалентна връзка. Дебелината на сферичната обвивка е 0,1 nm,радиусът на молекулата C 60 е 0,357 nm. Дължината на C-C връзката в петоъгълника е 0,143 nm, в шестоъгълника - 0,139 nm.

Молекулите на висшите фулерени C 70 C 74 , C 76 , C 84 , C 164 , C 192 , C 216 също имат формата на затворена повърхност.

Фулерени с n< 60 оказались неустойчивыми, оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С 20 .

Кристалният фулерен, наречен фулерит, има гранецентрирана кубична решетка (fcc), пространствена група (Fm3m).Параметърът на кубичната решетка a 0 = 1,42 nm, разстоянието между най-близките съседи е 1 nm. Броят на най-близките съседи в fcc решетката на фулерита е –12.

Съществува слаба ван дер ваалсова връзка между молекулите C 60 в кристал фулерит. С помощта на метода на ядрено-магнитния резонанс е доказано, че при стайна температура молекулите C 60 се въртят около равновесното положение с честота 10 12 1/s. Когато температурата спадне, въртенето се забавя. При 249K във фулерита се наблюдава фазов преход от първи ред, при който fcc решетката (sp. gr. Fm3m) се трансформира в проста кубична (sp. gr. Pa3). В този случай обемът на фулдерита се увеличава с 1%. Кристалът на фулерита има плътност 1,7 g/cm 3 , което е много по-малко от плътността на графита (2,3 g/cm 3 ) и диаманта (3,5 g/cm 3 ).

Молекулата C 60 остава стабилна в инертна аргонова атмосфера до температури от порядъка на 1700 K. Значително окисление се наблюдава при 500 K в присъствието на кислород до образуване на CO и CO 2 . При стайна температура окислението настъпва при облъчване с фотони с енергия 0,55 eV. което е много по-ниско от фотонната енергия на видимата светлина (1,54 eV). Следователно чистият фулерит трябва да се съхранява на тъмно. Процесът, който продължава няколко часа, води до разрушаване на fcc решетката на фулерита и образуването на неподредена структура, в която има 12 кислородни атома на начална молекула C6. В този случай фулерените напълно губят формата си.

1.3. Получаване на фулерени

Най-ефективният начин за получаване на фулерени се основава на термичното разлагане на графит. Използват се както електролитно нагряване на графитния електрод, така и лазерно облъчване на графитната повърхност. 4 показва схема на инсталация за производство на фулерени, която е използвана от W. Kretchmer. Графитното разпръскване се извършва чрез преминаване на ток с честота 60 Hz през електродите, токът е от 100 до 200 A, напрежението е 10-20 V. Чрез регулиране на напрежението на пружината е възможно да се гарантира, че основната част от входната мощност се освобождава в дъгата, а не в графитния прът. Камерата е пълна с хелий, налягане 100 Torr. Скоростта на изпарение на графита в тази инсталация може да достигне 10g/W. В този случай повърхността на медния корпус, охлаждана от вода, е покрита с продукта от изпарението на графита, т.е. графитни сажди. Ако полученият прах се изстърже и престоят няколко часа във врящ толуен, се получава тъмнокафява течност. При изпаряването му в ротационен изпарител се получава фин прах с тегло не повече от 10% от теглото на изходните графитни сажди.Съдържа до 10% фулерени C 60 (90%) и C 70 (10 %) Описаният дъгов метод за получаване на фулерени е наименуван "фулеренова дъга".

В описания метод за получаване на фулерени хелият играе ролята на буферен газ. В сравнение с други атоми, хелиевите атоми най-ефективно "гасят" осцилаторните движения на възбудени въглеродни фрагменти, които им пречат да се комбинират в стабилни структури. В допълнение, хелиевите атоми отнемат енергията, освободена при комбинирането на въглеродни фрагменти. Опитът показва, че оптималното налягане на хелия е от порядъка на 100 Torr. При по-високи налягания агрегирането на въглеродни фрагменти е трудно.

Фиг.4. Схема на инсталация за получаване на фулерени.

1 - графитни електроди;

2 - охладена медна шина; 3 - меден корпус,

4 - пружини.

Промените в параметрите на процеса и дизайна на инсталацията водят до промени в ефективността на процеса и състава на продукта. Качеството на продукта се потвърждава както чрез масспектрометрични измервания, така и чрез други методи (ядрено-магнитен резонанс, електронен парамагнитен резонанс, IR спектроскопия и др.)

Преглед на съществуващите в момента методи за получаване на фулерени и устройства на инсталации, в които се получават различни фулерени, е даден в работата на Г. Н. Чурилов.

Методи за пречистване и откриване

Най-удобният и широко разпространен метод за извличане на фулерени от продуктите на термично разлагане на графит (термини: фулерен-съдържащ кондензат, фулерен-съдържащ сажди), както и последващо разделяне и пречистване на фулерени, се основава на използването на разтворители и сорбенти.

Този метод включва няколко етапа. На първия етап саждите, съдържащи фулерен, се обработват с неполярен разтворител, който е бензен, толуен и други вещества. В този случай фулерените, които имат значителна разтворимост в тези разтворители, се отделят от неразтворимата фракция, чието съдържание във фазата, съдържаща фулерен, обикновено е 70-80%. Типичната стойност на разтворимостта на фулерените в разтворите, използвани за техния синтез, е няколко десети от молния процент. Изпаряването на получения по този начин разтвор на фулерен води до образуването на черен поликристален прах, който представлява смес от различни степени на фулерени. Типичен масспектър на такъв продукт показва, че фулереновият екстракт е 80 - 90% C 60 и 10 -15% C 70 . Освен това има малко количество (на ниво части от процента) висши фулерени, чието изолиране от екстракта е доста сложен технически проблем. Фулереновият екстракт, разтворен в един от разтворителите, преминава през сорбент, който може да бъде алуминий, активен въглен или оксиди (Al 2 O 3, SiO 2) с високи сорбционни характеристики. Фулерените се събират от този метал и след това се екстрахират от него с чист разтворител. Ефективността на екстракцията се определя от комбинацията сорбент-фулерен-разтворител и обикновено, когато се използва определен сорбент и разтворител, зависи значително от вида на фулерена. Следователно разтворителят, преминал през сорбента с адсорбирания в него фулерен, извлича последователно от сорбента различни видове фулерени, които по този начин могат лесно да бъдат отделени един от друг. По-нататъшното развитие на описаната технология за получаване на разделяне и пречистване на фулерени, базирано на електродъговия синтез на фулерен-съдържаща сажди и последващото му отделяне с помощта на сорбенти и разтворители, доведе до създаването на инсталации, които позволяват синтезиране на C 60 в количество от един грам на час.

1.4 Свойства на фулерените

Кристалните фулерени и филми са полупроводници с ширина на забранената зона от 1,2-1,9 eV и имат фотопроводимост. При облъчване с видима светлина електрическото съпротивление на фулеритния кристал намалява. Фотопроводимостта се притежава не само от чистия фулерит, но и от различните му смеси с други вещества. Установено е, че добавянето на калиеви атоми към C 60 филми води до появата на свръхпроводимост при 19 K.

Фулереновите молекули, в които въглеродните атоми са свързани един с друг чрез единични и двойни връзки, са триизмерни аналози на ароматни структури. Притежавайки висока електроотрицателност, те действат в химични реакции като силни окислители. Като прикрепват към себе си радикали с различно химично естество, фулерените могат да образуват широк клас химични съединения с различни физикохимични свойства. Например, наскоро бяха получени полифулеренови филми, в които молекулите С 60 са свързани помежду си не чрез ван дер Ваалс, както в кристала на фулерита, а чрез химично взаимодействие. Тези пластмасови филми са нов вид полимерен материал. Интересни резултати са постигнати в посока на синтеза на полимери на базата на фулерени. В този случай фулеренът C 60 служи като основа на полимерната верига, а връзката между молекулите се осъществява с помощта на бензенови пръстени. Тази структура е получила образното име "низ от перли".

Добавянето на радикали, съдържащи метали от платиновата група, към C 60 позволява получаването на феромагнитни материали на базата на фулерен. Сега е известно, че повече от една трета от елементите на периодичната таблица могат да бъдат поставени в една молекула. От 60 . Има съобщения за въвеждането на атоми на лантан, никел, натрий, калий, рубидий, цезий, атоми на редкоземни елементи като тербий, гадолиний и диспрозий.

Разнообразието от физикохимични и структурни свойства на съединения на базата на фулерени позволява да се говори за химията на фулерените като ново обещаващо направление в органичната химия.

1.5. Приложение на фулерени

Понастоящем в научната литература се обсъжда използването на фулерени за създаване на фотодетектори и оптоелектронни устройства, катализатори на растеж, диамантени и диамантени филми, свръхпроводящи материали, а също и като багрила за копирни машини. Фулерените се използват за синтез на метали и сплави с нови свойства.

Фулерените се планира да бъдат използвани като основа за производството на батерии. Тези батерии, чийто принцип се основава на реакцията на добавяне на водород, са в много отношения подобни на широко използваните никелови батерии, но за разлика от последните, те имат способността да съхраняват около пет пъти специфичното количество водород. В допълнение, такива батерии се характеризират с по-висока ефективност, леко тегло и безопасност за околната среда и здравето в сравнение с най-модерните литиеви батерии по отношение на тези качества. Такива батерии могат да се използват широко за захранване на персонални компютри и слухови апарати.

Разтворите на фулерени в неполярни разтворители (въглероден дисулфид, толуен, бензен, тетрахлорметан, декан, хексан, пентан) се характеризират с нелинейни оптични свойства, което се проявява по-специално в рязко намаляване на прозрачността на разтвора под определени условия. Това отваря възможността за използване на фулерени като основа за оптични затвори, които ограничават интензитета на лазерното лъчение.

Съществува перспектива за използване на фулерени като основа за създаване на памет със свръхвисока плътност на информацията. Фулерените могат да се използват като добавки към ракетни горива и смазочни материали.

Много внимание се отделя на проблема с използването на фулерени в медицината и фармакологията. Обсъжда се идеята за създаване на противоракови лекарства на базата на водоразтворими ендоедрални съединения на фулерени с радиоактивни изотопи. ( Ендоедралните съединения са фулеренови молекули, съдържащи един или повече атоми на даден елемент). Открити са условията за синтез на антивирусни и противоракови лекарства на базата на фулерени.Една от трудностите при решаването на тези проблеми е създаването на водоразтворими нетоксични фулеренови съединения, които могат да бъдат въведени в човешкото тяло и доставени чрез кръв до органа, подложен на терапевтично действие.

Използването на фулерени е ограничено от тяхната висока цена, която се състои от трудоемкостта на получаване на фулеренова смес и изолирането на отделни компоненти от нея.

1.6 Въглеродни нанотръби

Структура на нанотръбите

Наред със сфероидалните въглеродни структури могат да се образуват и разширени цилиндрични структури, така наречените нанотръби, които се отличават с голямо разнообразие от физикохимични свойства.

Идеалната нанотръба е графитна плоскост, навита на цилиндър, т.е. повърхност, облицована с правилни шестоъгълници, в чиито върхове са разположени въглеродни атоми ..).

Параметърът, показващ координатите на шестоъгълника, който в резултат на сгъването на равнината трябва да съвпада с шестоъгълника, разположен в началото на координатите, се нарича хиралност на нанотръбата и се обозначава с набор от символи (m , н). Хиралността на нанотръбата определя нейните електрически характеристики.

Наблюденията с електронен микроскоп показват, че повечето нанотръби се състоят от няколко графитни слоя, вложени един в друг или навити около обща ос.

Едностенни нанотръби

На ориз. четирипредставен е идеализиран модел на едностенна нанотръба. Такава тръба завършва с полусферични върхове, съдържащи заедно с

с правилни шестоъгълници, също шест правилни петоъгълници. Наличието на петоъгълници в краищата на тръбите позволява да се разглеждат като граничен случай на фулеренови молекули, дължината на надлъжната ос на които значително надвишава техния диаметър.

Експериментално наблюдаваната структура на едностенни нанотръби се различава в много отношения от идеализираната картина, представена по-горе. На първо място, това се отнася до върховете на нанотръбата, чиято форма, както следва от наблюденията, далеч не е идеална полусфера.

Многослойни нанотръби

Многослойните нанотръби се различават от еднослойните нанотръби с много по-голямо разнообразие от форми и конфигурации както в надлъжна, така и в напречна посока. Възможните разновидности на напречната структура на многослойните нанотръби са показани в ориз. 5. Структура като "руски кукли" (russian dolls) е набор от коаксиално вложени еднослойни нанотръби (ориз 5 а). Друг вариант на тази структура, показан в ориз. 5 b, е набор от вложени коаксиални призми. И накрая, последната от горните структури ( ориз. 5 в),изглежда като свитък. За всички горепосочени структури разстоянието между съседни графитни слоеве е близо до 0,34 nm, т.е. разстоянието между съседни равнини на кристален графит. Реализацията на една или друга структура в конкретна експериментална ситуация зависи от условията на синтез на нанотръби.

Трябва да се има предвид, че идеализираната напречна структура на нанотръбите, при която разстоянието между съседните слоеве е близо до 0,34 nm и не зависи от аксиалната координата, на практика се изкривява поради смущаващия ефект на съседните нанотръби.

Наличието на дефекти също води до изкривяване на праволинейната форма на нанотръбата и й придава формата на акордеон.

Друг тип дефекти, често забелязвани на графитната повърхност на многослойни нанотръби, са свързани с въвеждането на определен брой петоъгълници или седмоъгълници в повърхността, която се състои главно от правилни шестоъгълници. Това води до нарушаване на цилиндричната форма, като въвеждането на петоъгълник причинява изпъкнал завой, докато въвеждането на седмоъгълник допринася за появата на вдлъбнат завой. По този начин такива дефекти причиняват появата на огънати и спирални нанотръби.

Структура на наночастиците

При образуването на фулерени от графит се образуват и наночастици. Това са затворени структури, подобни на фулерените, но много по-големи от тях. За разлика от фулерените те, подобно на нанотръбите, могат да съдържат няколко слоя.Имат структура на затворени, вложени в себе си графитни обвивки.

При наночастиците, подобно на графита, атомите вътре в обвивката са свързани чрез химични връзки и има слабо ван дер ваалсово взаимодействие между атомите на съседните обвивки. Обикновено обвивките на наночастиците имат форма, близка до полиедър. В структурата на всяка такава черупка, в допълнение към шестоъгълниците, както в структурата на графита, има 12 петоъгълника, наблюдават се допълнителни двойки от пет и седмоъгълници. Електронно микроскопско изследване на формата и структурата на въглеродните частици в кондензат, съдържащ фулерен, наскоро беше извършено в трудовете на Jarkov S.M., Kashkin V.B.

Получаване на въглеродни нанотръби

Въглеродните нанотръби се образуват чрез термично разпрашаване на графитен електрод в плазма с дъгов разряд, изгаряща в хелиева атмосфера. Този метод, както и методът на лазерно разпрашване, който е в основата на ефективната технология за получаване на фулерени, позволява да се получат нанотръби в количество, достатъчно за подробно изследване на техните физикохимични свойства.

Нанотръба може да се получи от удължени графитни фрагменти, които след това се усукват в тръба. За образуването на разширени фрагменти са необходими специални условия за нагряване на графит. Оптималните условия за получаване на нанотръби се реализират в дъгов разряд с използване на електролитен графит като електроди.

Сред различните продукти на термично разпръскване на графит (фулерени, наночастици, частици сажди), малка част (няколко процента) се отчита от многослойни нанотръби, които са частично прикрепени към студените повърхности на инсталацията, частично отложени върху повърхността по със сажди.

Едностенните нанотръби се образуват, когато към анода се добави малка смес от Fe, Co, Ni, Cd (т.е. чрез добавяне на катализатори). В допълнение, едностенните нанотръби се получават чрез окисляване на многостенни нанотръби. За целите на окисляването многослойните нанотръби се обработват с кислород при умерено нагряване или с кипяща азотна киселина, като в последния случай се отстраняват петчленни графитни пръстени, което води до отваряне на краищата на тръбите.Окислението ви позволява за да премахнете горните слоеве от многослойната тръба и да отворите нейните краища. Тъй като реактивността на наночастиците е по-висока от тази на нанотръбите, фракцията на нанотръбите в останалата част от него се увеличава със значително разрушаване на въглеродния продукт в резултат на окисление.

При електродъговия метод за получаване на фулерени част от материала, който се разрушава под действието на графитната анодна дъга, се отлага върху катода. До края на процеса на разрушаване на графитната пръчка, тази формация нараства толкова много, че покрива цялата площ на дъгата. Този израстък има формата на купа, в която се въвежда анодът. Физическите характеристики на натрупването на катода са много различни от характеристиките на графита, от който е съставен анодът. Микротвърдостта на натрупване е 5,95 GPa (графит -0,22 GPa), плътността на натрупване е 1,32 g/cm 3 (графит -2,3 g/cm 3), натрупаното електрическо съпротивление е 1,4 * 10 -4 Ohm m , което е почти с порядък по-голямо от това на графита (1,5 * 10 -5 ohm m). При 35 К беше открита аномално висока магнитна чувствителност на натрупването върху катода, което позволи да се предположи, че натрупването се състои главно от нанотръби (Белов Н.Н.).

Свойства на нанотръбите

Широки перспективи за използването на нанотръби в науката за материалите се отварят, когато свръхпроводящи кристали (напр. TaC) се капсулират във въглеродни нанотръби. В литературата е описана следната технология. Използвахме DC дъгов разряд от ~ 30 A при напрежение 30 V в хелиева атмосфера с електроди, които бяха компресирана смес от талиев прах с графитен пигмент. Междуелектродното разстояние е 2–3 mm. С помощта на тунелен електронен микроскоп в продуктите на термичното разлагане на електродния материал е открито значително количество кристали TaC, капсулирани в нанотръби.. х Типичният напречен размер на кристалите е около 7 nm, а типичната дължина на нанотръбите е повече от 200 nm. Нанотръбите бяха многослойни цилиндри с разстояние между слоевете 0,3481 ± 0,0009 nm, близко до съответния параметър за графит. Измерването на температурната зависимост на магнитната чувствителност на пробите показа, че капсулованите нанокристали се трансформират всвръхпроводящо състояниепри T=10 K.

Възможността за получаване на свръхпроводящи кристали, капсулирани в нанотръби, позволява да се изолират от вредните въздействия на външната среда, например от окисляване, като по този начин отваря пътя за по-ефективно развитие на съответните нанотехнологии.

Голямата отрицателна магнитна чувствителност на нанотръбите показва техните диамагнитни свойства. Предполага се, че диамагнетизмът на нанотръбите се дължи на протичането на електронни потоци по тяхната обиколка. Стойността на магнитната чувствителност не зависи от ориентацията на пробата, което се свързва с нейната неподредена структура. Относително голямата стойност на магнитната чувствителност показва, че поне в една от посоките тази стойност е сравнима със съответната стойност за графит. Разликата между температурната зависимост на магнитната чувствителност на нанотръбите и съответните данни за други форми на въглерод показва, че въглеродните нанотръби са отделна независима форма на въглерод, чиито свойства са фундаментално различни от свойствата на въглерода в други състояния..

Приложения на нанотръби

Много технологични приложения на нанотръбите се основават на тяхната висока специфична повърхност (в случай на еднослойна нанотръба, около 600 квадратни метра на 1/g), което отваря възможността за използването им като порест материал във филтри и др. .

Материалът на нанотръбите може успешно да се използва като носещ субстрат за хетерогенна катализа, а каталитичната активност на отворените нанотръби значително надвишава съответния параметър за затворените нанотръби.

Възможно е използването на нанотръби с висока специфична повърхност като електроди за електролитни кондензатори с висока специфична мощност.

Въглеродните нанотръби са се доказали добре в експерименти за използването им като покритие, което насърчава образуването на диамантен филм. Както показват снимките, направени с електронен микроскоп, диамантеният филм, отложен върху нанотръбния филм, се различава към по-добро по отношение на плътността и еднородността на ядрата от филма, отложен върху C 60 и C 70 .

Такива свойства на нанотръбата като нейния малък размер, който варира значително в зависимост от условията на синтез, електрическа проводимост,механичната якост и химическата стабилност позволяват да се разглежда нанотръбата като основа за бъдещи елементи на микроелектрониката. Чрез изчисления е доказано, че въвеждането на двойка петоъгълник-седемъгълник в идеалната структура на нанотръба като дефект променя нейните електронни свойства. Нанотръба с вграден дефект може да се разглежда като хетеропреход метал-полупроводник, който по принцип може да формира основата на полупроводников елемент с рекордно малки размери.

Нанотръбите могат да служат като основа на най-тънкия измервателен инструмент, използван за контрол на повърхностните нехомогенности на електронните вериги.

Интересни приложения могат да се получат чрез пълнене на нанотръби с различни материали. В този случай нанотръбата може да се използва както като носител на материала, който го запълва, така и като изолационна обвивка, която предпазва този материал от електрически контакт или от химическо взаимодействие с околните обекти.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Въпреки че фулерените имат кратка история, тази област на науката се развива бързо, привличайки все повече и повече нови изследователи. Тази област на науката включва три области: физика на фулерена, химия на фулерена и технология на фулерена.

Физика на фулеренитесе занимава с изследване на структурни, механични, електрически, магнитни, оптични свойства на фулерени и техните съединения в различни фазови състояния. Това включва също изучаването на естеството на взаимодействието между въглеродните атоми в тези съединения, спектроскопията на фулеренови молекули, свойствата и структурата на системи, състоящи се от фулеренови молекули. Физиката на фулерените е най-напредналият клон в областта на фулерените.

Химия на фулеренитесвързан със създаването и изучаването на нови химични съединения, които се основават на затворени въглеродни молекули, а също така изучава химичните процеси, в които участват. Трябва да се отбележи, че по отношение на концепциите и методите на изследване тази област на химията е фундаментално различна от традиционната химия в много отношения.

Фулеренова технологиявключва както методи за производство на фулерени, така и техните различни приложения.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Соколов В. И., Станкевич И. В. Фулерени - нови алотропни форми на въглерод: структура, електронна структура и химични свойства / / Напредък в химията, том 62 (5), стр. 455, 1993 г.

2. Нови насоки в изследването на фулерените // UFN, т. 164 (9), с. 1007, 1994 г.

3. Елецки А.В., Смирнов Б.М. Фулерени и структури на въглерода // UFN, т. 165 (9), стр. 977, 1995 г.

4. Золотухин И.В. Фулеритът е нова форма на въглерод // SOZH № 2, стр. 51, 1996 г.

5. Мастеров V.F. Физични свойства на фулерените / / SOZH № 1, стр. 92, 1997 г.

6. Лозовик Ю.В., Попов А.М. Образуване и растеж на въглеродни наноструктури - фулерени, наночастици, нанотръби и конуси//УФН, т. 167 (7), с. 151, 1997 г./

7. Елецки А.В. .Въглеродни нанотръби//UFN, v.167(9), p.945, 1997.

8. Smalley R.E. Откриване на фулерени // UFN, v.168 (3), p.323, 1998.

9. Чурилов Г.Н. Преглед на методите за получаване на фулерени // Материали на 2-ра междурегионална конференция с международно участие "Ултрафини прахове, наноструктури, материали", Красноярск, KSTU, 5-7 октомври 1999 г. с. 77-87.

10. Белов Н.Н. и др.. Структура на повърхността на катодното натрупване, образувано по време на синтеза на фулерени // Аерозоли том 4f, N1, 1998, стр. 25-29

11. С. М. Джарков,. Титаренко Я.Н., Чурилов Г.Н. Изследвания с електронна микроскопия на FCC въглеродни частици // Carbon, v. 36, № 5-6, 1998, с. 595-597

12. Кашкин В.Б., Рубльова Т.В., Кашкина Л.В., Мосин Р.А. Цифрова обработка на електронно-микроскопични изображения на въглеродни частици в сажди, съдържащи фулерен // Доклади на 2-ра междурегионална конференция с международно участие "Ултрафини прахове, наноструктури, материали", Красноярск, KSTU, 5-7 октомври 1999 г. с. 91-92