Teplota topenia fulerénu. Fullerény v prírode
Vlastnosti ... Ale najprv to.
Na začiatok - o šungite.
Šungit je čierny minerál obsahujúci 93-98% uhlíka a až 3-4% vodíka, kyslíka, dusíka, síry a zlúčenín vody. Minerálny popol obsahuje vanád, molybdén, nikel, volfrám, selén. Minerál bol pomenovaný podľa dediny Shunga v Karélii, kde sa nachádzajú jeho hlavné ložiská.
Šungit vznikol z organických spodných sedimentov – sapropelu – asi pred 600 miliónmi rokov a podľa niektorých zdrojov aj pred 2 miliardami rokov. Tieto organické sedimenty (mŕtvoly kôrovcov, rias a iných slimákov), pokryté zhora novými vrstvami, sa postupne zhutňovali, dehydrovali a klesali do hlbín zeme. Vplyvom kompresie a vysokej teploty došlo k procesu metamorfizácie. V dôsledku tohto procesu vznikol amorfný uhlík dispergovaný v minerálnej matrici vo forme globulových fullerénov charakteristických pre šungit.
Teraz o fullerénoch
Čo je tento fullerén obsiahnutý v šungite? Fullerény sú jednou z odrôd uhlíka. Takže zo školy si pamätáme, že uhlík má niekoľko foriem:
- diamant,
- grafit,
- uhlia.
Fullerény sú len ďalšou formou uhlíka. Líši sa tým, že molekuly fullerénu sú guľôčky pravidelných mnohostenov, zložené z molekúl rovnakého uhlíka:
Ale prečo sú fullerény také užitočné?
Fullerény sa používajú v polovodičovej technike, pri rôznych štúdiách (optika, kvantová mechanika), fotorezistencii, v oblasti supravodičov, v mechanike na výrobu látok na zníženie trenia, v batériovej technike, pri syntéze diamantov, pri výrobe fotobatérie a mnoho ďalších odvetví. Z toho jeden je určený na výrobu liekov.
A opäť sme späť pri našej otázke - prečo sú fullerény také užitočné? Tu sa môžete obrátiť na Grigorija Andrievského, ktorý práve na tejto problematike spolupracuje so skupinou vedcov Ústavu terapie Akadémie lekárskych vied Ukrajiny. Vedec vo svojom výskume odhalil, čo je čo.
Fullerény v šungite sú teda v špeciálnej forme – hydratované. To znamená, že sú spojené s vodou a môžu sa vo vode rozpustiť. V súlade s tým môžu byť fullerény vymyté zo šungitu a formovať sa fullerénový roztok- jediný aktívna forma fullerénov pre dnešok.
ďalej vodné roztoky fullerénov sú silné antioxidanty. To znamená, že rovnako ako vitamíny E a C (a ďalšie látky) pomáhajú telu vysporiadať sa s voľnými radikálmi- látky, ktoré vznikajú v tele pri zápalových procesoch a veľmi agresívne interagujú s okolitými látkami - ničia pre telo potrebné štruktúry. Ale na rozdiel od vitamínov sa fullerény pri neutralizácii voľných radikálov nespotrebúvajú – a môžu ich urobiť bezpečnými, kým sa z tela prirodzene neodstránia.
Množstvo fullerénov, ktoré účinne pôsobia ako antioxidanty, sa teda môže nachádzať v tele v oveľa menšom množstve ako vitamíny. V porovnaní s nimi
fullerény môžu pôsobiť v ultranízkych dávkach.
V súlade s tým, pomocou vodných roztokov fullerénov, môžete znížiť množstvo voľných radikálov v tele - a pomôcť telu vyrovnať sa s negatívnymi procesmi. Čo v skutočnosti robí šungitová voda – ten istý vodný roztok fullerénov.
A veľmi dôležitý dodatok od Grigorija Andrievského o liečivých vlastnostiach šungitových fullerénov:
Doteraz sa robili len pokusy na dobrovoľníkoch vrátane mňa. Preto by sa nemalo vzbudzovať rozruch a vzbudzovať u pacientov nereálne nádeje. Áno, máme sľubné výsledky zo základného výskumu, väčšinou na zvieratách a bunkových kultúrach. Kým však prípravky a metódy nebudú otestované a otestované predpísaným spôsobom, nemáme ani morálne, ani žiadne iné právo nazývať ich liekmi a liečebnými metódami.
A nakoniec k šungitovej vode
Šungitová voda – vraciame sa k nej. Na prípravu a použitie šungitovej vody existujú dva protichodné názory.
Prvý oznámil Cand. chem. O. V. Mosin (Moskva štátna akadémia jemných chemických technológií pomenovaná po M. V. Lomonosovovi):
voda, napustené šungitom sa stáva nielen čistou pitnou vodou, ale aj molekulárno-koloidným roztokom hydratovaných fullerénov, ktoré patria do novej generácie liečivých a profylaktických prostriedkov s mnohostranným účinkom na organizmus.
Druhý názor na využitie šungitu zastáva riaditeľ Ústavu geológie Karelského vedeckého centra Ruskej akadémie vied, doktor Geol.-M. n. Vladimir Shchiptsov:
To, že šungit čistí vodu je dokázané, ale iba ak je súčasťou špeciálnych filtrov. Voda napustená jednoducho na kúsku minerálu môže byť dokonca škodlivá – v dôsledku chemickej reakcie v skutočnosti vzniká roztok kyseliny s nízkou koncentráciou.
Na prípravu šungitovej vody je teda potrebné trvať na minerálke, alebo ju nechať prejsť cez špeciálne filtre? Poďme sa ponoriť do témy. A keďže šungitová voda je vodný roztok fullerénov, už sa od nich nedostaneme.
Fullerény sa teda vo vode rozpúšťajú veľmi ťažko. Na druhej strane, ak sa rozpustia, potom sa okolo každej fulerénovej guľôčky vytvorí viacvrstvový obal zo správne usporiadaných molekúl vody, približne v desiatich molekulárnych vrstvách. Túto vodu, inými slovami, hydrát, možno nazvať obal okolo molekuly fullerénu štruktúrovaná voda.
Vlastnosti vody obklopujúcej molekulu fullerénu sa výrazne líšia od bežnej vody. A je veľmi podobná viazanej vode v bunkách tela. Takže v živej bunke je v skutočnosti veľmi málo obyčajnej, nám známej voľnej vody. Všetka voda je viazaná na molekuly okolo nej. A je to niečo ako želé. Mechanizmus tvorby viazanej vody v bunkách je podobný mechanizmu tvorby vodného obalu okolo molekuly fullerénu.
V roztoku šungitovej vody teda možno rozlíšiť dva druhy vody:
- štruktúrovaná voda obklopujúca molekuly fullerénu (ako aj molekuly organických látok v bunkách),
- a voľnú vodu.
Pri odparovaní roztokov je to voľná voda, ktorá sa odparuje ako prvá. Okolo molekúl DNA v roztokoch enzýmov sa vytvára rovnaký vodný obal s nižšou teplotou topenia. To im dáva odolnosť voči mrazu aj zahrievaniu.
Takže späť k dvom rôznym spôsobom prípravy šungitu – lúhovaniu a prechodu cez vrstvu šungitu. Ako sa tieto metódy líšia? Líšia sa časom kontaktu. Teda čas, počas ktorého môžu fullerény opustiť štruktúru šungitu a vytvoriť vodný roztok.
Ako sme už spomenuli, fullerény môžu pôsobiť v ultranízkych dávkach. To znamená, že na vytvorenie skutočne účinného roztoku fullerénov stačí len prechádzať vodou cez šungit alebo nie veľmi dlhé lúhovanie vody na šungite.
Prirodzene, intenzita rozpúšťania fullerénov zo šungitu závisí od stupňa mletia šungitových granúl. Takže ak máte kúsok kameňa vážiaci kilogram, tak môžete vodu lúhovať aj dlho 🙂
Keďže neexistujú žiadne ukončené vedecké štúdie s jednoznačnými odporúčaniami na použitie šungitu, neexistuje presný vzorec – ako dlho lúhovať (filtrovať) cez granule akej veľkosti šungit, aby sa pripravil roztok fullerénov požadovanej koncentrácie.
Preto je dnes jediným východiskom experimentovanie so šungitovou vodou na sebe.
A počúvajte svoje pocity. A samozrejme zmeniť vplyv pri zhoršení alebo zlepšení zdravotného stavu.
Napíšte výsledky svojich experimentov!
fullerény v najvšeobecnejšom zmysle tohto pojmu možno pomenovať experimentálne získané a hypotetické molekuly pozostávajúce výlučne z atómov uhlíka a majúce tvar konvexných mnohostenov. Atómy uhlíka sú umiestnené v ich vrcholoch a väzby C-C prebiehajú pozdĺž okrajov.
Fullerén je molekulárna forma uhlíka. Bežná definícia je taká fullerény, ktoré sú v pevnom stave, sa nazývajú fullerity. Kryštalická štruktúra fulleritu je periodická mriežka molekúl fullerénu a v kryštalickom fullerite molekuly fulleritu tvoria mriežku fcc.
Fullerén je predmetom záujmu astronómie, fyziky, biológie, chémie, geológie a ďalších vied od začiatku deväťdesiatych rokov. Fullerénu sa pripisujú fantastické medicínske vlastnosti: fullerén sa napríklad už údajne začal používať v kozmetike ako omladzujúci prostriedok v kozmeteológii. S pomocou fullerénu sa chystajú bojovať proti rakovine, HIV a ďalším hrozivým chorobám. Zároveň novosť týchto údajov, ich malá štúdia a špecifiká moderného informačného priestoru zatiaľ neumožňujú stopercentne dôverovať takýmto informáciám o fullerénoch.
ICM (www.webová stránka)
Rozšírený je značne zjednodušený pohľad, že pred objavením fullerénu existovali dve polymorfné modifikácie uhlíka – grafit a diamant a po roku 1990 k nim pribudla ďalšia alotropná forma uhlíka. V skutočnosti to tak nie je, pretože formy existencie uhlíka sú prekvapivo rôznorodé (pozri článok). 
História objavu fullerénov
Kolektív autorov pod vedením L.N. Sidorová zhrnula v monografii "Fullerény" veľké množstvo prác na túto tému, aj keď v žiadnom prípade nie všetky: v čase vydania knihy dosiahol celkový počet publikácií venovaných fullerénom asi 15 tisíc. Podľa autorov objav fullerénov- nová forma existencie uhlíka - jedného z najbežnejších prvkov na našej planéte - je uznávaná ako jeden z najdôležitejších objavov vo vede 20. storočia. Napriek dlho známej jedinečnej schopnosti atómov uhlíka viazať sa do zložitých rozvetvených a objemných molekulárnych štruktúr, ktorá je základom celej organickej chémie, sa možnosť vytvorenia stabilných rámcových molekúl iba z jedného uhlíka stále ukázala ako neočakávaná. Podľa údajov experimentálne potvrdenie, že molekuly tohto typu so 60 a viac atómami môžu vznikať v priebehu prirodzene sa vyskytujúcich procesov v prírode, bolo získané v roku 1985, ale dlho predtým sa už predpokladala stabilita molekúl s uzavretou uhlíkovou guľou. .
Detekcia fulerénov priamo súvisí so štúdiom procesov sublimácie a kondenzácie uhlíka.
Nová etapa v fullerény prišiel v roku 1990, kedy bol vyvinutý spôsob získavania nových zlúčenín v gramových množstvách a bol opísaný spôsob izolácie fullerénov v čistej forme. Potom boli stanovené najdôležitejšie štruktúrne a fyzikálno-chemické charakteristiky C 60 fullerénu. Izomér C60 (buckminsterfullerén) je najľahšie vytvorená zlúčenina medzi známymi fullerénmi. Fullerene C60 dostal svoje meno na počesť futuristického architekta Richarda Buckminstera Fullera, ktorý vytvoril stavby, ktorých kupolovitý rám pozostával z päťuholníkov a šesťuholníkov. Zároveň v procese výskumu vyvstala potreba zovšeobecňujúceho názvu fullerény pre objemové konštrukcie s uzavretým povrchom (uhlíkový rám), kvôli ich rozmanitosti.
Za zmienku tiež stojí, že po Buckminsterovi Fullerovi je pomenovaný celý rad karbónových materiálov: c60 fullerén (buckminster fullerén) sa nazýva aj buckyball (Buckminster Fuller nemal rád názov „Buckminster“ a dal prednosť skrátenému názvu „Bucky“). Okrem toho sa niekedy s rovnakou predponou nazývajú uhlíkové nanorúrky – buckityubes, vajcovité fullerény – buckyegg (buckyball egg) atď.
ICM (www.webová stránka)
Vlastnosti fullerénov. Fullerit
Vlastnosti fulerénov nedostatočne študované z objektívnych príčin: relatívne malý počet laboratórií má možnosť študovať tieto vlastnosti. No v dobovej a populárno-náučnej tlači sa fullerénom a ich vlastnostiam venuje toľko pozornosti... Častokrát sa neoverené informácie o zázračných vlastnostiach fullerénov šíria úžasnou rýchlosťou a v obrovskom rozsahu, výsledkom čoho je slabý hlas. odmietnutí zostáva nevypočutá. Napríklad tvrdenie jednej skupiny vedcov, že fullerény sú v šungite, bolo opakovane overené, no nepotvrdilo sa (pozri diskusiu k). Napriek tomu je dnes šungit považovaný za „prírodný nanotechnologický materiál s obsahom fullerénov“ – tvrdenie, ktoré je podľa mňa skôr marketingovým ťahom.
Niektorí vedci tvrdia, že fullerény majú takú alarmujúcu vlastnosť, akou je toxicita.
Zvyčajne, keď sa hovorí o vlastnosti fullerénov znamená ich kryštalickú formu - fullerity.
Veľký rozdiel fullerénové kryštály z molekulárnych kryštálov mnohých iných organických látok tým, že nedokážu pozorovať kvapalná fáza. Možno je to spôsobené tým, že teplota je 1200 K prechod do kvapalného stavu, ktorý sa pripisuje C 60 fulleritu, už prekračuje jeho hodnotu, pri ktorej dochádza k badateľnej deštrukcii uhlíkovej kostry samotných molekúl fullerénu.
Podľa údajov vlastnosti fullerénov anomálne vysoká stabilita, o čom svedčia výsledky štúdií procesov zahŕňajúcich fullerény, je jedným z nich. Autor poznamenáva najmä to kryštalický fullerén existuje ako stabilná látka do teplôt 1000 - 1200 K, čo sa vysvetľuje jej kinetickou stabilitou. Je pravda, že ide o stabilitu molekuly fulerénu C60 v inertnej argónovej atmosfére a v prítomnosti kyslíka sa pozoruje výrazná oxidácia už pri 500 K s tvorbou CO a CO 2 .
Práca je venovaná komplexnému štúdiu elektrofyzikálnych a termodynamických vlastností fulleritov C60 a C70 v podmienkach extrémneho rázového zaťaženia.
V každom prípade pri diskusii o vlastnostiach fullerénov je potrebné špecifikovať, o akú zlúčeninu ide - C20, C60, C70 alebo inú, prirodzene, vlastnosti týchto fullerénov budú úplne odlišné.
V súčasnosti fullerény С60, С70 a výrobky s obsahom fulerénu vyrábajú a ponúkajú na predaj rôzne zahraničné a domáce podniky kúpiť fullerény a zamestnať sa štúdiom vlastností fullerénov teoreticky môže každý. Fullerény C60 a C70 sú ponúkané za ceny od 15 do 210 USD za gram a viac, v závislosti od typu, čistoty, množstva a ďalších faktorov. Výroba a predaj fullerénov »
Fullerény v liatinách a oceliach
Za predpokladu existencie fullerény a fullerénové štruktúry v zliatinách železa a uhlíka, potom by mali výrazne ovplyvňovať fyzikálne a mechanické vlastnosti ocelí a liatin, podieľajúcich sa na štruktúrnych a fázových premenách.
ICM (www.webová stránka)
Mechanizmom kryštalizácie zliatin železa a uhlíka sa výskumníci týchto procesov dlho venovali veľmi veľkú pozornosť. Článok pojednáva o možných mechanizmoch tvorby nodulárneho grafitu vo vysokopevnostnej liatine a vlastnostiach jej štruktúry, len s prihliadnutím na fullerénová povaha zliatin železa a uhlíka. Autor píše, že „objavením fullerénov a štruktúr na báze fullerénov sa v množstve prác uskutočnili pokusy vysvetliť mechanizmus vzniku nodulárneho grafitu na základe týchto štruktúr“.
Práca uvažuje o úspechoch v oblasti chémie fullerénov a zovšeobecňuje „nové predstavy o štruktúre železo-uhlíkových tavenín“. Autor tvrdí, že molekulárna forma uhlíka je fullerény С60- identifikoval ho v železo-uhlíkových zliatinách tavených metódami klasickej metalurgie a odhaľuje aj tri možné mechanizmy vzniku fullerény v štruktúre ocelí a liatiny:
Svojho času, pred 5 rokmi, sme si vybrali fullerén a šesťuholník ako logo stránky www.site, ako symbol najnovších úspechov v oblasti výskumu železo-uhlíkových tavenín, ako symbol nového vývoja a objavov súvisiacich s modifikáciou taveniny Fe-C - an integrálnou etapou moderného zlievarenstva a malého hutníctva.
Lit.:
Najúčinnejší spôsob získania fulerénov je založený na tepelnom rozklade grafitu. Pri miernom zahriatí grafitu sa väzba medzi jednotlivými vrstvami grafitu poruší, ale odparujúci sa materiál sa nerozloží na jednotlivé atómy. V tomto prípade sa odparená vrstva skladá zo samostatných fragmentov, ktoré sú kombináciou šesťuholníkov. Tieto fragmenty tvoria molekulu C60 a ďalšie fullerény. Na rozklad grafitu pri výrobe fullerénov sa využíva odporový a vysokofrekvenčný ohrev grafitovej elektródy, spaľovanie uhľovodíkov, laserové ožarovanie povrchu grafitu, odparovanie grafitu fokusovaným slnečným lúčom. Tieto procesy sa vykonávajú v vyrovnávacom plyne, ktorým je zvyčajne hélium. Najčastejšie sa na získanie fullerénov používa oblúkový výboj s grafitovými elektródami v héliovej atmosfére. Hlavná úloha hélia je spojená s ochladzovaním úlomkov, ktoré majú vysoký stupeň vibračnej excitácie, čo bráni ich spájaniu do stabilných štruktúr. Optimálny tlak hélia je v rozmedzí 50-100 Torr.
Základ metódy je jednoduchý: medzi dvoma grafitovými elektródami sa zapáli elektrický oblúk, v ktorom sa anóda odparí. Na stenách reaktora sa ukladajú sadze, ktoré obsahujú od 1 do 40 % (v závislosti od geometrických a technologických parametrov) fullerénov. Na extrakciu fullerénov zo sadzí obsahujúcich fullerén sa používa separácia a čistenie, kvapalinová extrakcia a stĺpcová chromatografia. V prvom stupni sa sadze spracujú s nepolárnym rozpúšťadlom (toluén, xylén, sírouhlík). Účinnosť extrakcie je zabezpečená použitím Soxhletovho prístroja alebo sonikácie. Výsledný roztok fullerénov sa oddelí od zrazeniny filtráciou a odstredením, rozpúšťadlo sa oddestiluje alebo odparí. Pevná zrazenina obsahuje zmes fullerénov solvatovaných v rôznych stupňoch rozpúšťadlom. Separácia fullerénov na jednotlivé zlúčeniny sa uskutočňuje stĺpcovou kvapalinovou chromatografiou alebo vysokotlakovou kvapalinovou chromatografiou. Úplné odstránenie zvyšku rozpúšťadla z pevnej vzorky fulerénu sa uskutočňuje niekoľko hodín udržiavaním pri teplote 150-250 °C v podmienkach dynamického vákua. Ďalšie zvýšenie čistoty sa dosiahne sublimáciou purifikovaných vzoriek
8. Perspektívy praktického využitia fullerénov a fulleritov
Objav fullerénov už viedol k vytvoreniu nových odvetví fyziky a chémie pevných látok (stereochémia). Biologická aktivita fullerénov a ich derivátov sa aktívne študuje. Ukázalo sa, že zástupcovia tejto triedy sú schopní inhibovať rôzne enzýmy, spôsobiť špecifické štiepenie molekúl DNA, podporovať prenos elektrónov cez biologické membrány a aktívne sa podieľať na rôznych redoxných procesoch v tele. Začala sa práca na štúdiu metabolizmu fullerénov, osobitná pozornosť sa venuje antivírusovým vlastnostiam. Predovšetkým sa ukázalo, že niektoré fullerénové deriváty sú schopné inhibovať proteázu vírusu AIDS. Myšlienka vytvorenia protirakovinových liekov na báze endoedrických zlúčenín fullerénov rozpustných vo vode s rádioaktívnymi izotopmi je široko diskutovaná. Tu sa však dotkneme najmä perspektív využitia fullerénových materiálov v strojárstve a elektronike.
Možnosť získania supertvrdých materiálov a diamantov. Veľké nádeje sa vkladajú do pokusov využiť fullerén, ktorý má čiastočnú sp^3 hybridizáciu, ako surovinu, ktorá nahrádza grafit pri syntéze diamantov vhodných na technické využitie. Japonskí vedci, ktorí skúmali vplyv tlaku na fullerén v rozmedzí 8-53 GPa ukázali, že prechod fullerén-diamant začína pri tlaku 16 GPa a teplote 380 K, čo je oveľa nižšia ako
pre prechod grafit-diamant. Ukázalo sa, že je to možné
veľké (až 600-800 mikrónov) diamanty pri teplote 1000 °C a tlakoch do 2 GPa. Produkcia veľkých diamantov v tomto prípade dosiahla 33 hm. %. Ramanove rozptylové čiary pri frekvencii 1331 cm^-1 mali šírku 2 cm^-1, čo svedčí o vysokej kvalite získaných diamantov. Aktívne sa skúma aj možnosť získania supertvrdých tlakovo polymerizovaných fulleritových fáz.
Fullerény ako prekurzory pre rast diamantových filmov a karbidu kremíka. Filmy polovodičov so širokou medzerou, ako je diamant a karbid kremíka, sú sľubné pre použitie vo vysokoteplotnej, vysokorýchlostnej elektronike a optoelektronike, vrátane ultrafialového rozsahu. Cena takýchto zariadení závisí od vývoja metód chemickej depozície filmu s veľkou medzerou (CVD) a od kompatibility týchto metód so štandardnou kremíkovou technológiou. Hlavným problémom pri raste diamantových filmov je smerovať reakciu prednostne pozdĺž cesty tvorby fázy sp^3 a nie sp^2. Ako efektívne sa javí využitie fullerénov v dvoch smeroch: zvýšenie rýchlosti tvorby diamantových nukleačných centier na substráte a ich využitie ako vhodných „stavebných kameňov“ na pestovanie diamantov v plynnej fáze. Ukázalo sa, že fragmentácia C60 na C2, čo sú vhodné materiály na rast diamantových kryštálov. Spoločnosť MER Corporation získala vysokokvalitné diamantové filmy s rýchlosťou rastu 0,6 µm/h použitím fulerénov ako rastových a nukleačných prekurzorov. Autori predpovedajú, že toto vysoké tempo rastu výrazne zníži cenu CVD diamantov. Významnou výhodou je, že fullerény uľahčujú procesy priraďovania parametrov mriežky počas heteroepitaxie, čo umožňuje použiť IR materiály ako substráty.
V súčasnosti existujúce procesy na výrobu karbidu kremíka vyžadujú použitie teplôt až do 1500 °C, čo je slabo kompatibilné so štandardnou technológiou kremíka. Použitím fullerénov je však možné získať karbid kremíka nanesením filmu C60 na kremíkový substrát s ďalším žíhaním pri teplote nepresahujúcej 800–900 °C pri rýchlosti rastu 0,01 nm/s na substráte Si.
Fullerény ako materiál pre litografiu. Vzhľadom na schopnosť polymerizovať pôsobením laserového alebo elektrónového lúča a vytvárať fázu nerozpustnú v organických rozpúšťadlách je perspektívne ich použitie ako rezistu pre submikrónovú litografiu. Fullerénové filmy zároveň odolávajú výraznému zahrievaniu, neznečisťujú substrát a umožňujú suché vyvíjanie.
Fullerény ako nové materiály pre nelineárnu optiku. Materiály obsahujúce fulerén (roztoky, polyméry, kvapaliny s vysoko nelineárnymi optickými vlastnosťami sú sľubné na použitie ako optické obmedzovače (atenuátory) intenzívneho laserového žiarenia; fotorefrakčné médiá na záznam dynamických hologramov; frekvenčné meniče; zariadenia na fázovú konjugáciu.
Najviac študovanou oblasťou je tvorba obmedzovačov optického výkonu na báze roztokov a tuhých roztokov C60. Účinok obmedzenia nelineárneho prenosu začína pri asi 0,2 - 0,5 J/cm^2, úroveň nasýteného optického prenosu zodpovedá 0,1 - 0,12 J/cm 2 . Keď sa koncentrácia v roztoku zvyšuje, úroveň obmedzenia hustoty energie klesá. Napríklad pri dĺžke dráhy vo vzorke 10 mm (kolimovaný lúč) a koncentráciách roztoku C60 v toluéne 1*10^-4, 1,65*10^-4 a 3,3*10^-4 M, nasýtený prenos optického obmedzovača sa ukázal byť 320, 165 a 45 mJ/cm2. Ukazuje sa, že pri vlnovej dĺžke 532 nm pre rôzne trvanie impulzov t (500 fs, 5 ps, 10 nsec) sa nelineárne optické obmedzenie prejavuje pri hustote energie 2, 9 a 60 mJ/cm^2. Pri vysokých hustotách vstupnej energie (viac ako 20 J/cm^2) sa okrem vplyvu nelineárnej nasýtenej absorpcie z excitovanej úrovne pozoruje rozostávanie lúča vo vzorke, čo je spojené s nelineárnou absorpciou, nárastom vzorky teplota a zmena indexu lomu v oblasti prechodu lúča. Pre vyššie fullerény sa okraj absorpčného spektra posúva k dlhším vlnovým dĺžkam, čo umožňuje získať optickú limitáciu na n = 1,064 μm.
Na vytvorenie optického obmedzovača v tuhom stave je nevyhnutné zaviesť fullerény do matrice v tuhom stave, pričom sa molekula zachová ako celok a vytvorí sa homogénny tuhý roztok. Je tiež potrebné zvoliť matricu s vysokou odolnosťou voči žiareniu, dobrou transparentnosťou a vysokou optickou kvalitou. Polyméry a sklovité materiály sa používajú ako matrice v tuhom stave. Uvádza sa úspešná príprava tuhého roztoku C60 v Si02 na základe použitia technológie sol-gel. Vzorky mali optický limit 2-3 mJ/cm^2 a prah poškodenia viac ako 1 J/sv^2. Je opísaný aj optický obmedzovač na polystyrénovej matrici a je ukázané, že v tomto prípade je účinok optického obmedzovania 5-krát lepší ako pre C60 v roztoku. Keď sa fullerény zavedú do laserových fosfátových skiel, ukázalo sa, že fullerény C60 a C70 v sklách sa nezničia a mechanická pevnosť skiel dopovaných fullerénmi je vyššia ako u čistých skiel.
Zaujímavou aplikáciou nelineárneho optického obmedzenia výkonu žiarenia je použitie fullerénov v dutine lasera na potlačenie režimu špičiek počas samosvornosti režimov. Vysoký stupeň nelinearity média s fullerénmi môže byť použitý ako bistabilný prvok na kompresiu impulzov v rozsahu trvania nanosekúnd.
Prítomnosť fullerénov v elektronickej štruktúre pi-elektronické systémy vedú, ako je známe, k veľkej hodnote nelineárnej susceptibility, čo naznačuje možnosť vytvorenia efektívnych generátorov tretej optickej harmonickej. Prítomnosť nenulových zložiek nelineárneho tenzora susceptibility x (3) je nevyhnutnou podmienkou pre realizáciu procesu generovania tretej harmonickej, avšak pre jeho praktické využitie s účinnosťou v desiatkach percent je potrebné mať fázové prispôsobenie. v médiu. Efektívna generácia
možno získať vo vrstvených štruktúrach s kvázi fázovým prispôsobením interagujúcich vĺn. Vrstvy obsahujúce fulerén by mali mať hrúbku rovnajúcu sa dĺžke koherentnej interakcie a vrstvy, ktoré ich oddeľujú s prakticky nulovou kubickou susceptibilitou, by mali mať hrúbku, ktorá zaisťuje fázový posun o pi medzi vyžarovaním základnej frekvencie a tretej harmonickej.
Fullerény ako nové polovodičové a nanoštruktúrne materiály. Fullerity ako polovodiče s zakázaným pásmom asi 2 eV možno použiť na vytvorenie tranzistora s efektom poľa, fotovoltaických zariadení, solárnych článkov a existujú príklady takéhoto použitia. Len ťažko však môžu parametrami konkurovať bežným zariadeniam s pokročilou technológiou na báze Si alebo GaAs. Oveľa sľubnejšie je využitie molekuly fullerénu ako hotového objektu nanometrov na vytváranie nanoelektronických zariadení a zariadení založených na nových fyzikálnych princípoch.
Fullerénová molekula môže byť napríklad umiestnená na povrch substrátu vopred určeným spôsobom pomocou skenovacieho tunelového mikroskopu (STM) alebo mikroskopu atómovej sily (AFM) a použitá ako metóda zaznamenávania informácií. Na prečítanie informácií sa povrch naskenuje rovnakou sondou. 1 bit informácie je zároveň prítomnosť alebo neprítomnosť molekuly s priemerom 0,7 nm, čo umožňuje dosiahnuť rekordnú hustotu záznamu informácie. Takéto experimenty sa vykonávajú v Bell. Pre sľubné pamäťové zariadenia sú zaujímavé endoedrické komplexy prvkov vzácnych zemín, ako je terbium, gadolínium a dysprosium, ktoré majú veľké magnetické momenty. Fullerén obsahujúci takýto atóm musí mať vlastnosti magnetického dipólu, ktorého orientáciu je možné ovládať vonkajším magnetickým poľom. Tieto komplexy (vo forme sub-monovrstvového filmu) môžu slúžiť ako základ magnetického pamäťového média s hustotou záznamu až 10^12 bit/cm^2 (pre porovnanie, optické disky môžu dosiahnuť hustotu záznamu na povrchu 10^8 bit/cm^2).
Obrázok 12 . Schematický diagram jednomolekulového tranzistora na molekule C60
Fyzikálne princípy boli vyvinuté na vytvorenie analógu tranzistora založeného na jedinej molekule fullerénu, ktorý môže slúžiť ako zosilňovač v rozsahu nanoampérov ( ryža. 12). Dva bodové nanokontakty sú umiestnené vo vzdialenosti asi 1-5 nm na jednej strane molekuly C60. Jedna z elektród je zdrojom, druhá hrá úlohu odtoku. Tretia elektróda (mriežka) je malý piezoelektrický kryštál a je privedená do van der Waalsovej vzdialenosti na druhej strane molekuly. Vstupný signál je privedený na piezoelektrický prvok (hrot), ktorý deformuje molekulu umiestnenú medzi elektródami – zdrojom a drenážom a moduluje vodivosť intramolekulárneho prechodu. Priehľadnosť kanála prietoku molekulového prúdu závisí od stupňa rozmazania vlnových funkcií kovu v oblasti molekuly fulerénu. Jednoduchým modelom tohto tranzistorového efektu je tunelová bariéra, ktorej výška je modulovaná nezávisle od jej šírky, t.j. molekula C60 sa používa ako prirodzená tunelovacia bariéra. Predpokladanými výhodami takéhoto prvku sú malé rozmery a veľmi krátky čas letu elektrónov v tunelovom režime v porovnaní s balistickým puzdrom, teda rýchlejšia odozva aktívneho prvku. Uvažuje sa o možnosti integrácie, t.j. vytvorenia viac ako jedného aktívneho prvku na molekulu C60.
Uhlíkové nanočastice a nanorúrky
Po objavení fullerénov C60 a C70 sa pri štúdiu produktov získaných spaľovaním grafitu v elektrickom oblúku alebo výkonnom laserovom lúči našli častice pozostávajúce z atómov uhlíka, ktoré majú správny tvar a veľkosť od desiatok do stoviek nanometrov, a preto dostali názov vedľa fullerénov aj nanočastice .
Vynára sa otázka, prečo trvalo tak dlho objaviť fullerény získané z takého bežného materiálu, akým je grafit? Existujú dva hlavné dôvody: po prvé, kovalentná väzba atómov uhlíka je veľmi silná: na jej prerušenie sú potrebné teploty nad 4000 ° C; po druhé, na ich detekciu je potrebné veľmi sofistikované zariadenie – transmisné elektrónové mikroskopy s vysokým rozlíšením. Ako je dnes známe, nanočastice môžu mať tie najbizarnejšie tvary. V známych formách boli prezentované rôzne uhlíkové formácie. Z praktického hľadiska sú pre nanoelektroniku, ktorá dnes nahrádza mikroelektroniku, najväčší záujem o nanorúrky. Tieto uhlíkové útvary objavil v roku 1991 japonský vedec S. Ijima. Nanorúrky sú koncové grafitové roviny zvinuté do tvaru valca; môžu byť s otvoreným alebo uzavretým koncom. Tieto útvary sú zaujímavé aj z čisto vedeckého hľadiska, ako model jednorozmerných štruktúr. Teraz boli skutočne objavené jednovrstvové nanorúrky s priemerom 9 A (0,9 nm). Na bočnom povrchu sú atómy uhlíka, ako v grafitovej rovine, umiestnené v uzloch šesťuholníkov, ale v pohároch, ktoré uzatvárajú valce z koncov, môžu existovať aj päťuholníky a trojuholníky. Najčastejšie sa nanorúrky vytvárajú vo forme koaxiálnych valcov.
Hlavným problémom pri štúdiu vlastností nanorúrkových útvarov je, že v súčasnosti ich nemožno získať v makroskopických množstvách, takže axiálne osi rúrok sú kosmerné. Ako už bolo uvedené, nanorúrky s malým priemerom slúžia ako vynikajúci model na štúdium vlastností jednorozmerných štruktúr. Dá sa očakávať, že nanorúrky, podobne ako grafit, sú dobrými vodičmi elektrického prúdu a možno aj supravodičmi. Výskum v týchto smeroch je otázkou blízkej budúcnosti.
Fullerén je molekulárna zlúčenina patriaca do triedy alotropných foriem uhlíka a predstavuje konvexné uzavreté mnohosteny zložené z párneho počtu troch koordinovaných atómov uhlíka. Jedinečná štruktúra fullerénov určuje ich jedinečné fyzikálne a chemické vlastnosti.
Iné formy uhlíka: grafén, karbín, diamant, fullerén, uhlíkové nanorúrky, fúzy.
Popis a štruktúra fullerénu:
Fullerén, buckyball alebo buckyball je molekulárna zlúčenina patriaca do triedy alotropných foriem. uhlíka a predstavuje konvexné uzavreté mnohosteny zložené z párneho počtu trojkoordinovaných atómov uhlíka.
Fullerény sú takto pomenované po inžinierovi a architektovi Richardovi Buckminsterovi Fullerovi, ktorý navrhol a postavil priestorovú štruktúru „geodetickej kupoly“, čo je pologule zostavená z tetraédra. Tento dizajn priniesol Fullerovi medzinárodné uznanie a slávu. Dnes sa podľa jeho vývoja rozvíjajú a stavajú kupolovité domy. Fullerén svojou štruktúrou a tvarom pripomína tieto konštrukcie Richarda Buckminstera Fullera.
Jedinečná štruktúra fullerénov určuje ich jedinečné fyzikálne a chemické vlastnosti. V kombinácii s inými látkami umožňujú získať materiály so zásadne novými vlastnosťami.
Vo fullerénových molekulách, atómoch uhlíka umiestnené vo vrcholoch šesťuholníkov a päťuholníkov, ktoré tvoria povrch gule alebo elipsoidu. Najsymetrickejším a najviac preštudovaným zástupcom rodiny fullerénov je fullerén (C 60), v ktorom atómy uhlíka tvoria skrátený dvadsaťsten pozostávajúci z 20 šesťuholníkov a 12 päťuholníkov a pripomínajúce futbalovú loptu (ako ideálny tvar, extrémne vzácny v prírode).
Ďalším najbežnejším je fullerén C 70, ktorý sa líši od fullerénu C 60 vložením pásu s 10 atómami. uhlíka do rovníkovej oblasti C 60, v dôsledku čoho sa molekula C 60 fullerénu predĺži a svojim tvarom pripomína rugbyovú loptu.
Takzvané vyššie fullerény obsahujúce väčší počet atómov uhlíka (až 400 alebo viac) sa tvoria v oveľa menších množstvách a často majú dosť zložité izomérne zloženie. Spomedzi najviac študovaných vyšších fullerénov možno vyčleniť C n, kde n= 74, 76, 78, 80, 82 a 84.
Spojenie medzi vrcholmi, hranami a plochami fulerénu možno vyjadriť matematickým vzorcom podľa Eulerovej vety pre mnohosteny:
V - P + G = 2,
kde B je počet vrcholov konvexného mnohostenu, P je počet jeho hrán a Γ je počet plôch.
Nevyhnutnou podmienkou existencie konvexného mnohostenu podľa Eulerovej vety (a teda aj existencie fulerénu s určitou štruktúrou a tvarom) je prítomnosť presne 12 päťuholníkových plôch a B /2 — 10 tváre.
Možnosť existencie fullerénu predpovedali japonskí vedci v roku 1971, teoretické zdôvodnenie sovietski vedci v roku 1973. Fullerén bol prvýkrát syntetizovaný v roku 1985 v USA.
Takmer všetok fullerén sa získava umelo. V prírode sa nachádza vo veľmi malom množstve. Vzniká pri spaľovaní zemného plynu a blesku a vo veľmi malom množstve sa nachádza aj v šungitoch, fulguritoch, meteoritoch a spodných sedimentoch, ktorých vek dosahuje 65 miliónov rokov.
Fullerénové zlúčeniny:
Fullerén ľahko vstupuje do zlúčenín s inými chemickými prvkami. V súčasnosti je na báze fullerénov syntetizovaných už viac ako 3 tisíc nových a odvodených zlúčenín.
Ak molekula fulerénu okrem atómov uhlíka obsahuje aj atómy iných chemických prvkov, potom ak sa atómy iných chemických prvkov nachádzajú vo vnútri uhlíkovej klietky, takéto fulerény sa nazývajú endohedrické, ak sú vonku - exohedrické.
Výhody a vlastnosti fullerénu:
- materiály s použitím fullerénov majú zvýšenú pevnosť, odolnosť proti opotrebeniu, tepelnú a chemickú stabilitu a znížený oter,
– mechanické vlastnosti fullerénov umožňujú ich použitie ako vysoko účinného mazacieho tuhého maziva. Na povrchoch protitelesa vytvárajú ochranný fullerénovo-polymérový film hrubý desiatky a stovky nanometrov, ktorý chráni pred tepelnou a oxidačnou degradáciou, zvyšuje životnosť trecích jednotiek v havarijných situáciách 3-8 krát, zvyšuje tepelnú stabilitu mazivá do 400-500 °C a nosnosť trecích jednotiek 2-3 krát, rozširuje rozsah pracovného tlaku trecích jednotiek 1,5-2 krát, znižuje dobu zábehu protitelesa,
– fulerény sú schopné polymerizovať a vytvárať tenké filmy,
- prudký pokles priehľadnosti fulerénového roztoku, keď intenzita optického žiarenia prekročí určitú kritickú hodnotu v dôsledku nelineárnych optických vlastností,
– možnosť použitia fulerénov ako základu pre nelineárne optické uzávery používané na ochranu optických zariadení pred intenzívnym optickým žiarením,
- fullerény majú schopnosť vykazovať vlastnosti antioxidantu alebo oxidačného činidla. Ako antioxidanty prevyšujú pôsobenie všetkých známych antioxidantov 100-1000 krát. Pokusy sa uskutočnili na potkanoch kŕmených fullerénmi v olivovom oleji. Potkany zároveň žili dvakrát dlhšie ako zvyčajne a navyše vykazovali zvýšenú odolnosť voči pôsobeniu toxických faktorov,
– je polovodič s zakázaným pásmom ~1,5 eV a jeho vlastnosti sú v mnohom podobné vlastnostiam iných polovodičov,
– Fullerény C60 pôsobiace ako ligandy interagujú s alkáliami a niektorými ďalšími kovmi. V tomto prípade vznikajú komplexné zlúčeniny zloženia Me 3 C60, ktoré majú vlastnosti supravodičov.
Vlastnosti molekuly fulerénu*:
* pre fulerén C60.
Získanie fullerénov:
Hlavné spôsoby získania fullerénov sú:
– spaľovanie grafitových elektród v elektrickom oblúku v héliovej atmosfére pri nízkych tlakoch,
– lieky a farmaceutické prípravky,
- trecie geomodifikátory,
-kozmetika,
- ako prísada získať syntetické diamanty vysokotlaková metóda. Výnosnosť diamantov sa zvyšuje o 30 %,
Automatický systém strojového dojenia kráv "Sti...
kvantový počítač
Elektrobus s dynamickým nabíjaním...
Odolný notebook založený na Elbrus-1C+...
fulerén, buckyball, alebo buckyball- molekulárna zlúčenina patriaca do triedy alotropných foriem uhlíka a predstavujúca konvexné uzavreté mnohosteny zložené z párneho počtu trojkoordinovaných atómov uhlíka. Fullerény vďačia za svoje meno inžinierovi a architektovi Richardovi Buckminsterovi Fullerovi, ktorého geodetické štruktúry sú postavené na tomto princípe. Spočiatku bola táto trieda spojov obmedzená na konštrukcie obsahujúce iba päťuholníkové a šesťuholníkové plochy. Všimnite si, že pre existenciu takéhoto uzavretého mnohostenu skonštruovaného z n vrcholy, ktoré tvoria iba päťuholníkové a šesťuholníkové plochy, podľa Eulerovej vety pre mnohosteny, ktorá potvrdzuje platnosť rovnosti | n | - | e | + | f | = 2 (\displaystyle |n|-|e|+|f|=2)(kde | n | , | e | (\displaystyle |n|,|e|) a | f | (\displaystyle |f|) počet vrcholov, hrán a plôch), nevyhnutnou podmienkou je prítomnosť presne 12 päťuholníkových plôch a n / 2 − 10 (\displaystyle n/2-10)šesťhranné hrany. Ak molekula fulerénu okrem atómov uhlíka obsahuje aj atómy iných chemických prvkov, potom ak sa atómy iných chemických prvkov nachádzajú vo vnútri uhlíkovej klietky, takéto fulerény sa nazývajú endohedrické, ak sú vonku - exohedrické.
Encyklopedický YouTube
1 / 2
✪ Bill Joy: To, z čoho sa obávam, z čoho som nadšený
✪ 12 * L "homme qui empoisonna l" Humanité en voulant la sauver
titulky
Prekladateľ: Marina Gavrilova Editor: Ahmet Yükseltürk Aké technológie môžeme reálne použiť na zníženie globálnej chudoby? To, čo som si uvedomil, bolo celkom neočakávané. Začali sme skúmať veci, ako je miera úmrtnosti v dvadsiatom storočí a ako sa veci odvtedy zlepšili, a objavili sa niektoré veľmi zaujímavé a jednoduché veci. Môže sa zdať, že rozhodujúcu úlohu zohrali skôr antibiotiká ako čistá voda, no opak je pravdou. A veľmi jednoduché veci – bežne dostupné technológie, ktoré sa v začiatkoch internetu dali ľahko nájsť – by mohli tento problém dramaticky zmeniť. Ale pri pohľade na výkonnejšie technológie, ako je nanotechnológia a genetické inžinierstvo a ďalšie vznikajúce digitálne technológie, som začal mať obavy z možného zneužitia v týchto oblastiach. Zamyslite sa nad tým, pretože v histórii sme sa pred mnohými rokmi zaoberali vykorisťovaním človeka človekom. Potom sme prišli s desiatimi prikázaniami: Nezabiješ. Je to akési osobné rozhodnutie. Naše osady sa začali organizovať do miest. Počet obyvateľov sa zvýšil. A aby sme ochránili jednotlivca pred tyraniou davu, prišli sme s pojmami ako sloboda jednotlivca. Potom, aby sme sa vysporiadali s veľkými skupinami, povedzme, na úrovni štátu, či už v dôsledku vzájomných paktov o neútočení, alebo v dôsledku série konfliktov, nakoniec sme dospeli k akejsi dohode o urovnaní, aby sme dodržali mier. No dnes sa situácia zmenila, ľudia to nazývajú asymetrickou situáciou, keď sa technológie natoľko zmocnili, že už presahujú hranice štátu. Už to nie sú štáty, ale jednotlivci, ktorí majú potenciálny prístup k zbraniam hromadného ničenia. A to je dôsledok toho, že tieto nové technológie sú zvyčajne digitálne. Všetci sme videli genómové sekvencie. V prípade potreby si môže ktokoľvek stiahnuť génové sekvencie patogénnych mikroorganizmov z internetu. Ak chcete, nedávno som čítal vo vedeckom časopise, že kmeň chrípky z roku 1918 je príliš nebezpečný na prepravu. A ak ho niekto potrebuje použiť pri laboratórnom výskume, odporúča sa jednoducho ho spätne analyzovať, aby neohrozil poštu. Takéto príležitosti určite existujú. Malé skupiny ľudí, ktoré majú prístup k tomuto druhu samoreprodukujúcich sa technológií, či už biologických alebo iných, predstavujú jasné nebezpečenstvo. A nebezpečenstvo je, že môžu v skutočnosti spôsobiť pandémiu. A nemáme reálne skúsenosti s pandémiami a tiež ako spoločnosť nie sme veľmi dobrí v riešení neznámych vecí. Prijímanie preventívnych opatrení nie je v našej povahe. A v tomto prípade technológia problém nerieši, pretože ľuďom len otvára ďalšie príležitosti. Russell, Einstein a iní, keď o tom diskutovali oveľa vážnejšie, myslím ešte na začiatku dvadsiateho storočia, dospeli k záveru, že rozhodnutie by sa malo robiť nielen hlavou, ale aj srdcom. Vezmime si napríklad otvorené diskusie a morálny pokrok. Výhoda, ktorú nám civilizácia dáva, je schopnosť nepoužívať silu. Naše práva v spoločnosti sú chránené najmä prostredníctvom zákonných opatrení. Aby sa obmedzilo nebezpečenstvo týchto nových vecí, je potrebné obmedziť prístup jednotlivcov k zdrojom vytvárania pandémií. Potrebujeme aj výraznú obranu, pretože činy šialených ľudí môžu byť nepredvídateľné. A najnepríjemnejšia vec je, že urobiť niečo zlé je oveľa jednoduchšie, ako vyvinúť obranu vo všetkých možných situáciách; takže páchateľ má vždy asymetrickú výhodu. Toto sú myšlienky, ktoré som si myslel v rokoch 1999 a 2000; moji priatelia videli, že som v depresii a bojím sa o mňa. Potom som podpísal zmluvu na napísanie knihy, v ktorej som chcel vyjadriť svoje pochmúrne myšlienky, a presťahoval som sa do hotelovej izby v New Yorku s jednou izbou plnou kníh o moru a o jadrových bombových útokoch v New Yorku; jedným slovom vytvorila atmosféru. A bol som tam 11. septembra, stál som na ulici so všetkými. Stalo sa niečo neuveriteľné. Na druhý deň ráno som vstal a odišiel z mesta, všetky čistiace autá boli zaparkované na Houston Street, pripravené odpratať trosky. Kráčal som stredom ulice na železničnú stanicu; všetko pod 14. ulicou bolo zablokované. Bolo to neuveriteľné, ale nie pre tých, ktorí mali miestnosť plnú kníh. Bolo prekvapujúce, že sa to stalo vtedy a tam, ale neprekvapilo, že sa to stalo na prvom mieste. Všetci o tom potom začali písať. Začali o tom písať tisíce ľudí. A nakoniec som knihu odmietol a potom mi Chris zavolal s ponukou vystúpiť na konferencii. Už o tom nehovorím, pretože dosť depresívnych vecí sa deje aj bez toho. Ale súhlasil som, že prídem a poviem o tom pár slov. A tvrdil by som, že by sme pri riešení asymetrických hrozieb nemali opúšťať princípy právneho štátu, čo, ako sa zdá, v súčasnosti robia ľudia pri moci, pretože to sa rovná opusteniu civilizácie. A proti hrozbe nemôžeme bojovať tak hlúpym spôsobom, ako to robíme, pretože akcia za milión dolárov má za následok škodu vo výške miliardy dolárov a protiopatrenie za bilión dolárov, ktoré je neúčinné a takmer určite zhoršuje problém. Proti niečomu sa nedá bojovať, ak sú náklady milión k jednej a šanca na úspech jedna k miliónu. Po odmietnutí knihy asi pred rokom som mal tú česť pripojiť sa ku Kleiner Perkins a dostal som príležitosť pracovať na inováciách prostredníctvom rizikového kapitálu a snažiť sa nájsť inovácie, ktoré by sa dali použiť na riešenie veľkých problémov. V takýchto veciach môže desaťnásobný rozdiel viesť k tisícnásobnému zisku. Minulý rok ma ohromila neuveriteľná kvalita a dynamika inovácií, ktoré mi prešli rukami. Občas to bolo jednoducho úchvatné. Som veľmi vďačný Googlu a Wikipédii za to, že som aspoň trochu pochopil, o čom sa ľudia rozprávali. Chcel by som vám povedať o troch oblastiach, ktoré mi dávajú špeciálnu nádej v súvislosti s problémami, o ktorých som písal v článku v časopise Wired. Prvou oblasťou je vzdelávanie vo všeobecnosti a v podstate sa to týka toho, čo Nicholas (Nicholas Negroponte) povedal o 100-dolárových počítačoch. Moorov zákon nie je ani zďaleka vyčerpaný. Najpokročilejšie tranzistory dnes majú 65 nanometrov a ja som s radosťou investoval do spoločností, ktoré mi dávajú veľkú dôveru, že Mooreov zákon bude fungovať až na 10 nanometrov. Ďalšie zmenšenie veľkosti, povedzme, o faktor 6, by malo zvýšiť výkon čipov o faktor 100. Takže z praktického hľadiska, ak niečo dnes stojí asi 1 000 dolárov, povedzme najlepší osobný počítač, aký si môžete kúpiť, potom si myslím, že v roku 2020 by to mohlo stáť 10 dolárov. Nie zlé? Predstavte si, koľko bude stáť počítač v hodnote 100 dolárov v roku 2020 ako vzdelávací nástroj. Myslím si, že našou výzvou - a som si istý, že aj bude, je vyvinúť druh učebných pomôcok a sietí, ktoré by nám umožnili používať toto zariadenie. Som presvedčený, že máme neskutočne výkonné počítače, no nemáme pre ne dobrý softvér. A až po chvíli sa objaví lepší softvér, keď ho spustíte na 10-ročnom stroji a poviete si: „Bože, bol ten stroj schopný bežať tak rýchlo? "Pamätám si, keď bolo rozhranie Apple Mac vrátené späť na Apple II. Apple II fungoval s týmto rozhraním dobre, len sme vtedy nevedeli, ako to urobiť. Na základe skutočnosti, že Mooreov zákon funguje už 40 rokov, môžeme predpokladať, že to tak bude. Potom vieme, aké budú počítače v roku 2020. Je skvelé, že máme iniciatívy na vzdelávanie a osvetu ľudí na celom svete, pretože toto je veľká sila sveta. dokáže poskytnúť každému na svete počítač v hodnote 100 USD alebo počítač za 10 USD v priebehu nasledujúcich 15 rokov. Druhou oblasťou, na ktorú sa zameriavam, je environmentálna otázka, pretože má silný vplyv na celý svet. Al Gore o tom čoskoro povie viac .Myslíme si, že existuje akýsi trend Moorovho zákona, že nové materiály sú hybnou silou pokroku v oblasti ekológie. Čaká nás ťažká úloha, pretože mestská populácia do tohto prerástla storočia z 2 na 6 miliárd vo veľmi krátkom časovom období. Ľudia sa sťahujú do miest. Každý potrebuje čistú vodu, energiu, dopravné prostriedky a my chceme rozvíjať mestá na zelenej ceste. Priemyselné odvetvia sú pomerne efektívne. Dosiahli sme zlepšenia v oblasti energetickej účinnosti a efektívnosti zdrojov, ale spotrebiteľský sektor, najmä v Amerike, je veľmi neefektívny. Nové materiály prinášajú také neuveriteľné inovácie, že existuje dobrý dôvod dúfať, že budú dostatočne ziskové, aby sa dostali na trh. Chcem uviesť konkrétny príklad nového materiálu, ktorý bol objavený pred 15 rokmi. Sú to uhlíkové nanorúrky, ktoré Iijima objavil v roku 1991 a majú neuveriteľné vlastnosti. Toto sú veci, ktoré objavíme, keď začneme navrhovať na nano úrovni. Ich sila spočíva v tom, že ide prakticky o najpevnejší materiál, najodolnejší voči rozťahovaniu, aký poznáme. Sú veľmi, veľmi tuhé a majú veľmi malú pružnosť. Napríklad v dvoch rozmeroch, ak sú vyrobené do látky, potom bude 30-krát pevnejšia ako kevlar. A ak vytvoríte trojrozmernú štruktúru, napríklad buckyball, bude mať neuveriteľné vlastnosti. Ak ho bombardujete časticami a urobíte doň dieru, opraví sa, opraví rýchlo, v priebehu femtosekúnd, čo nie je... Veľmi rýchlo. (Smiech) Ak ho zapálite, generuje elektrinu. Fotografický blesk môže spôsobiť jeho vznietenie. Keď je elektrifikovaný, vyžaruje svetlo. Dá sa ním prejsť tisíckrát viac prúdu ako cez kus kovu. Môžu byť vyrobené ako polovodiče typu p a n, čo znamená, že z nich môžu byť vyrobené tranzistory. Vedú teplo po dĺžke, ale nie naprieč - tu sa nedá hovoriť o hrúbke, len o priečnom smere - ak ich položíte jeden na druhý; to je tiež vlastnosť uhlíkových vlákien. Ak do nich vložíte častice a vystrelíte, fungujú ako miniatúrne lineárne urýchľovače alebo elektrónové delá. Vnútro nanorúrky je také malé – najmenšia z nich má 0,7 nm – že je to v podstate už kvantový svet. Tento zvláštny priestor je vo vnútri nanotrubice. Takže začíname rozumieť veciam, o ktorých hovorí Lisa Randel, a už existujú obchodné plány. Mal som jeden podnikateľský plán, v ktorom som sa snažil dozvedieť sa viac o Wittenových reťazcoch kozmických meraní, aby som sa pokúsil pochopiť, čo sa deje v navrhovanom nanomateriáli. Takže vo vnútri nanorúrky sme už naozaj na hranici. To znamená, že vidíme, že z týchto a iných nových materiálov je možné vytvárať veci s rôznymi vlastnosťami – ľahké a pevné – a používať tieto nové materiály na riešenie environmentálnych problémov. Nové materiály, ktoré môžu vytvárať vodu, nové materiály, vďaka ktorým môžu palivové články lepšie fungovať, nové materiály, ktoré katalyzujú chemické reakcie, ktoré znižujú znečistenie atď. Etanol – nové spôsoby výroby etanolu. Nové spôsoby budovania elektrickej dopravy. Zelené snívanie – pretože môže byť prospešné. A my sme investovali -- nedávno sme založili nový fond, investovali sme 100 miliónov dolárov do tohto druhu investícií. Veríme, že Genentech, Compaq, Lotus, Sun, Netscape, Amazon a Google sa ukážu v týchto oblastiach, pretože táto materiálová revolúcia poháňa pokrok. Tretia oblasť, na ktorej pracujeme a ktorú sme minulý týždeň oznámili v New Yorku. Zriadili sme špeciálny fond vo výške 200 miliónov dolárov na rozvoj biologickej bezpečnosti proti pandémiám. A aby ste mali predstavu, posledný fond, ktorý Kleiner založil, má hodnotu 400 miliónov dolárov, takže to je pre neho veľmi podstatný fond. Čo sme urobili v posledných mesiacoch - pred niekoľkými mesiacmi sme s Rayom Kurzweilom napísali do The New York Times článok o tom, aké nebezpečné bolo zverejnenie genómu chrípky z roku 1918. John Derr, Brooke a ďalší sa o to začali zaujímať [nejasné] a začali sme študovať, ako sa svet pripravuje na pandémiu. Videli sme veľa medzier. Zaujímalo nás, či je možné nájsť také inovácie, ktoré tieto medzery vyplnia? A Brooks mi v polčase povedal, že našiel toľko vecí, toľko vzrušenia, ktoré nemôže zaspať, toľko skvelých technológií, že sa v nich môžeme len tak hrabať. Potrebujeme ich, viete. V zálohe máme jedno antivirotikum; hovoria, že to stále funguje. Toto je Tamiflu. Vírus Tamiflu je však odolný. Je odolný voči Tamiflu. Zo skúseností s AIDS vidíme, že kokteily fungujú dobre, to znamená, že na vírusovú rezistenciu je potrebných niekoľko liekov. Musíme to hlbšie preskúmať. Potrebujeme skupiny, ktoré dokážu zistiť, čo sa deje. Potrebujeme rýchlu diagnostiku, aby sme dokázali identifikovať kmeň chrípky, ktorý bol objavený len nedávno. Musíte byť schopní rýchlo vykonať expresnú diagnostiku. Potrebujeme nové antivírusové lieky a koktaily. Potrebujeme nové typy vakcín. Širokospektrálne vakcíny. Vakcíny, ktoré sa dajú rýchlo vyrobiť. Koktaily, silnejšie vakcíny. Bežná vakcína pôsobí proti 3 možným kmeňom. Nevieme, ktorý z nich je aktívny. Veríme, že ak by sa nám podarilo vyplniť týchto 10 medzier, boli by sme schopní skutočne znížiť riziko pandémie. Bežná sezónna chrípka a pandémia sú z hľadiska úmrtí v pomere 1:1000 a samozrejme dopad na ekonomiku je obrovský. Takže sme veľmi nadšení, pretože si myslíme, že dokážeme financovať 10 alebo aspoň urýchliť 10 projektov a uvidíme, ako sa dostanú na trh v najbližších rokoch. Takže ak technológia môže pomôcť vyriešiť problémy vo vzdelávaní, životnom prostredí a pandémiách, vyrieši to väčší problém, o ktorom som hovoril v časopise Wired? Obávam sa, že odpoveď je naozaj nie, pretože je nemožné vyriešiť problém správy technológie tou istou technológiou. Ak neobmedzená sila zostane voľne dostupná, potom ju bude môcť na vlastné účely použiť veľmi malý počet ľudí. Nemôžete bojovať, keď je šanca milión ku jednej. Potrebujeme účinnejšie zákony. Napríklad, čo môžeme urobiť, niečo, čo ešte nie je v politickom vzduchu, ale možno so zmenou administratívy bude - je využívanie trhov. Trhy sú veľmi silnou silou. Napríklad namiesto toho, aby sme sa snažili regulovať problémy, čo pravdepodobne nebude fungovať, ak by sme mohli dať náklady na katastrofu do nákladov na podnikanie, aby sa ľudia, ktorí pracujú vo vysoko rizikovom biznise, mohli proti tomu zabezpečiť. . Môžete to napríklad použiť na predaj drogy. Nebudú ho musieť schváliť regulačné orgány; ale budes musiet presvedcit poistovnu, ze je to bezpecne. A ak aplikujete koncept poistenia vo väčšom meradle, môžete na poskytnutie spätnej väzby použiť silnejšiu silu, silu trhu. Ako sa dá takáto legislatíva presadzovať? Myslím si, že takúto legislatívu treba podporiť. Ľudia musia byť braní na zodpovednosť. Zákon vyžaduje zodpovednosť. Vedci, technológovia, obchodníci, inžinieri dodnes nie sú osobne zodpovední za dôsledky svojich činov. Ak niečo robíte, musíte to robiť v súlade so zákonom. A nakoniec si myslím, že by sme mali urobiť – je to takmer nemožné povedať – mali by sme začať navrhovať budúcnosť. Nemôžeme si vybrať budúcnosť, ale môžeme zmeniť jej smer. Naša investícia do snahy predchádzať pandémiám chrípky ovplyvňuje rozloženie možných výsledkov. Možno sa nám nepodarí zastaviť pandémiu, ale je menej pravdepodobné, že zostaneme bez vplyvu, ak sa zameriame na tento problém. Týmto spôsobom môžeme navrhnúť budúcnosť výberom toho, čo chceme, aby sa stalo, a predchádzaním tomu, čo nechceme, a nasmerovaním rozvoja na miesto s menším rizikom. Viceprezident Gore bude hovoriť o tom, ako by sme mohli nasmerovať klimatickú trajektóriu do oblasti s nízkou pravdepodobnosťou katastrofy. Ale najdôležitejšia vec, ktorú musíme urobiť, je pomôcť dobrým chlapcom, ľuďom v obrane, získať náskok pred ľuďmi, ktorí dokážu využiť situáciu. A čo musíme urobiť, je obmedziť prístup k určitým informáciám. Vzhľadom na hodnoty, s ktorými sme vyrastali, je ťažké prijať vysokú hodnotu, ktorú pripisujeme slobode prejavu – je pre nás ťažké akceptovať ju. To je obzvlášť ťažké pre vedcov, ktorí si pamätajú prenasledovanie, ktorému bol Galileo vystavený, no napriek tomu bojoval proti cirkvi. Ale toto je cena civilizácie. Cenou za zachovanie zákona je obmedzenie prístupu k neobmedzenej moci. Ďakujem za tvoju pozornosť. (potlesk)
História objavov
Fullerény v prírode
Po získaní v laboratórnych podmienkach sa molekuly uhlíka našli v niektorých vzorkách severokarélskeho šungitu v amerických a indických fulguritoch, meteoritoch a spodných sedimentoch, ktoré sú staré až 65 miliónov rokov.
Fullerény boli tiež nájdené vo veľkých množstvách vo vesmíre: v roku 2010 vo forme plynu, v roku 2012 - v pevnej forme.
Štrukturálne vlastnosti
Molekulárna formácia uhlíka vo forme skráteného ikozaédra má hmotnosť 720 amu. e.m. V molekulách fullerénu sú atómy uhlíka umiestnené vo vrcholoch šesťuholníkov a päťuholníkov, ktoré tvoria povrch gule alebo elipsoidu. Najsymetrickejším a najviac preštudovaným zástupcom fullerénovej rodiny je fullerén (C 60), v ktorom atómy uhlíka tvoria skrátený ikosaedrón pozostávajúci z 20 šesťuholníkov a 12 päťuholníkov a pripomínajúci futbalovú loptu (ako ideálny tvar, v prírode extrémne vzácny) . Keďže každý atóm uhlíka fullerénu C 60 súčasne patrí dvom šesťuholníkom a jednému päťuholníku, všetky atómy v C 60 sú ekvivalentné, čo potvrdzuje aj spektrum nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR) izotopu 13 C – obsahuje len jednu čiaru. Avšak nie všetky väzby C-C majú rovnakú dĺžku. Väzba C=C, ktorá je spoločnou stranou pre dva šesťuholníky, je 1,39 Á a väzba C-C, ktorá je spoločná pre šesťuholník a päťuholník, je dlhšia a rovná sa 1,44 Á. Okrem toho väzba prvého typu je dvojitá a druhá je jednoduchá, čo je nevyhnutné pre chémiu C60 fullerénu. Štúdium vlastností fullerénov získaných vo veľkých množstvách v skutočnosti ukazuje distribúciu ich objektívnych vlastností (chemická a sorpčná aktivita) do 4 stabilných fullerénových izomérov, voľne určených rôznymi výstupnými časmi zo sorpčnej kolóny kvapalinového chromatografu s vysokým rozlíšením. . V tomto prípade je atómová hmotnosť všetkých 4 izomérov ekvivalentná - má hmotnosť 720 amu. jesť.
Ďalším najbežnejším je fullerén C 70, ktorý sa líši od fullerénu C 60 vložením pásu 10 atómov uhlíka do rovníkovej oblasti C 60, v dôsledku čoho sa molekula 34 predĺži a svojim tvarom pripomína ragbyovú loptu. .
Takzvané vyššie fullerény obsahujúce väčší počet atómov uhlíka (až 400) vznikajú v oveľa menších množstvách a často majú dosť zložité izomérne zloženie. Spomedzi najviac študovaných vyšších fullerénov možno vyčleniť C n , n= 74, 76, 78, 80, 82 a 84.
Syntéza
Prvé fullerény boli izolované z kondenzovaných grafitových pár získaných laserovým ožarovaním vzoriek tuhého grafitu. V skutočnosti to boli stopy látky. Ďalší dôležitý krok urobili v roku 1990 W. Kretchmer, Lamb, D. Huffman a ďalší, ktorí vyvinuli metódu na získanie gramových množstiev fullerénov spaľovaním grafitových elektród v elektrickom oblúku v héliovej atmosfére pri nízkych tlakoch. V procese erózie anódy sa na stenách komory usadili sadze obsahujúce určité množstvo fullerénov. Sadze sa rozpustia v benzéne alebo toluéne a z výsledného roztoku sa izolujú gramové množstvá molekúl C60 a C70 v čistej forme v pomere 3:1 a približne 2 % ťažších fullerénov. Následne bolo možné zvoliť optimálne parametre vyparovania elektród (tlak, zloženie atmosféry, prúd, priemer elektródy), pri ktorých sa dosahuje najvyšší výťažok fullerénov v priemere 3–12 % materiálu anódy, čo v konečnom dôsledku určuje vysokú náklady na fullerény.
Všetky pokusy experimentátorov nájsť lacnejšie a produktívnejšie spôsoby získavania gramových množstiev fullerénov (spaľovanie uhľovodíkov v plameni, chemická syntéza atď.) spočiatku neviedli k úspechu a najproduktívnejšou zostala metóda „oblúka“. po dlhú dobu (produktivita je asi 1 g / h) . Následne sa Mitsubishi podarilo zaviesť priemyselnú výrobu fullerénov spaľovaním uhľovodíkov, ale takéto fullerény obsahujú kyslík, a preto je oblúková metóda stále jedinou vhodnou metódou na získanie čistých fullerénov.
Mechanizmus tvorby fullerénov v oblúku stále zostáva nejasný, pretože procesy prebiehajúce v oblasti horenia oblúka sú termodynamicky nestabilné, čo značne komplikuje ich teoretické úvahy. Nezvratne sa zistilo len to, že fullerén je zostavený z jednotlivých atómov uhlíka (alebo C2 fragmentov). Na dôkaz bol ako anódová elektróda použitý vysokočistený grafit 13 C, druhá elektróda bola vyrobená z bežného grafitu 12 C. Po extrakcii fullerénov sa pomocou NMR ukázalo, že atómy 12 C a 13 C sú náhodne umiestnené na povrch fullerénu. To naznačuje rozpad grafitového materiálu na jednotlivé atómy alebo fragmenty atómovej úrovne a ich následné zostavenie do molekuly fullerénu. Táto okolnosť si vyžiadala opustenie vizuálneho obrazu tvorby fullerénov v dôsledku skladania vrstiev atómového grafitu do uzavretých guľôčok.
Relatívne rýchly nárast celkového počtu zariadení na výrobu fullerénov a neustála práca na zlepšovaní metód ich čistenia viedli za posledných 17 rokov k výraznému zníženiu nákladov na C 60 - z 10 tisíc na 10-15 dolárov. na gram, čo ich priviedlo na hranicu ich skutočného priemyselného využitia.
Žiaľ, aj napriek optimalizácii Huffman-Kretchmerovej (HK) metódy nie je možné zvýšiť výťažnosť fullerénov o viac ako 10-20 % z celkovej hmoty páleného grafitu. Vzhľadom na relatívne vysoké náklady na počiatočný produkt, grafit, má táto metóda zásadné obmedzenia. Mnohí výskumníci sa domnievajú, že nebude možné znížiť náklady na fullerény získané metódou XC pod pár dolárov za gram. Preto je úsilie viacerých výskumných skupín zamerané na hľadanie alternatívnych metód získavania fullerénov. Najväčší úspech v tejto oblasti dosiahla spoločnosť Mitsubishi, ktorej sa podarilo etablovať priemyselnú výrobu fullerénov spaľovaním uhľovodíkov v plameni. Cena takýchto fullerénov je približne 5 USD/gram (2005), čo nemá žiadny vplyv na cenu fullerénov s elektrickým oblúkom.
Treba poznamenať, že vysoká cena fulerénov je daná nielen ich nízkou výťažnosťou počas spaľovania grafitu, ale aj obtiažnosťou izolácie, čistenia a separácie fulerénov rôznych hmotností zo sadzí. Obvyklý postup je nasledovný: sadze získané spaľovaním grafitu sa zmiešajú s toluénom alebo iným organickým rozpúšťadlom (schopným účinne rozpúšťať fullerény), potom sa zmes prefiltruje alebo odstredí a zvyšný roztok sa odparí. Po odstránení rozpúšťadla zostane tmavá jemne kryštalická zrazenina - zmes fullerénov, zvyčajne nazývaných fullerit. Zloženie fulleritu zahŕňa rôzne kryštalické formácie: malé kryštály molekúl C 60 a C 70 a kryštály C 60 /C 70 sú tuhé roztoky. Okrem toho fullerit vždy obsahuje malé množstvo vyšších fullerénov (do 3%). Separácia zmesi fullerénov na jednotlivé molekulové frakcie sa uskutočňuje pomocou kvapalinovej stĺpcovej chromatografie a vysokotlakovej kvapalinovej chromatografie (HPLC). Ten sa používa hlavne na analýzu čistoty izolovaných fullerénov, pretože analytická citlivosť metódy HPLC je veľmi vysoká (až 0,01 %). Nakoniec posledným stupňom je odstránenie zvyškov rozpúšťadla z pevnej vzorky fulerénu. Uskutočňuje sa udržiavaním vzorky pri teplote 150-250 °C v podmienkach dynamického vákua (asi 0,1 Torr).
Fyzikálne vlastnosti a aplikovaná hodnota
Fullerity
Kondenzované systémy pozostávajúce z molekúl fullerénu sa nazývajú fullerity. Najviac študovaným systémom tohto druhu je kryštál C 60, menej - kryštalický systém C 70. Štúdiu kryštálov vyšších fullerénov sťažuje zložitosť ich prípravy.
Atómy uhlíka v molekule fulerénu sú spojené σ- a π- väzbami, pričom medzi jednotlivými molekulami fulerénu v kryštáli neexistuje žiadna chemická väzba (v bežnom zmysle slova). Preto si v kondenzovanom systéme jednotlivé molekuly zachovávajú svoju individualitu (čo je dôležité pri zvažovaní elektronickej štruktúry kryštálu). Molekuly sú držané v kryštáli van der Waalsovými silami, ktoré do značnej miery určujú makroskopické vlastnosti pevného C60.
Pri izbovej teplote má kryštál C 60 plošne centrovanú kubickú (fcc) mriežku s konštantou 1,415 nm, ale s poklesom teploty nastáva fázový prechod prvého rádu (T cr ≈ 260) a kryštál C 60 sa mení. jeho štruktúra na jednoduchú kubickú (mriežková konštanta 1,411 nm). Pri teplote T > Tcr sa molekuly C 60 náhodne otáčajú okolo svojho stredu rovnováhy a keď teplota klesne na kritickú teplotu, obe osi rotácie zamrznú. K úplnému zmrazeniu rotácií dochádza pri 165 K. V práci bola podrobne študovaná kryštalická štruktúra C 70 pri teplotách rádovo izbovej teploty. Ako vyplýva z výsledkov tejto práce, kryštály tohto typu majú telesne centrovanú (bcc) mriežku s malou prímesou hexagonálnej fázy.
Nelineárne optické vlastnosti
Analýza elektronickej štruktúry fullerénov ukazuje prítomnosť π-elektrónových systémov, pre ktoré existujú veľké hodnoty nelineárnej susceptibility. Fullerény majú skutočne nelineárne optické vlastnosti. Kvôli vysokej symetrii molekuly C 60 je však generovanie druhej harmonickej možné len vtedy, keď je do systému zavedená asymetria (napríklad vonkajším elektrickým poľom). Z praktického hľadiska je atraktívna vysoká rýchlosť (~250 ps), ktorá určuje potlačenie druhej harmonickej generácie. Okrem toho sú fulerény C 60 tiež schopné generovať tretiu harmonickú.
Ďalšou možnou oblasťou využitia fullerénov a predovšetkým C 60 sú optické uzávery. Experimentálne bola preukázaná možnosť použitia tohto materiálu pre vlnovú dĺžku 532 nm. Krátky čas odozvy umožňuje použiť fullerény ako obmedzovače laserového žiarenia a Q-spínače. Fullerény tu však z viacerých dôvodov ťažko konkurujú tradičným materiálom. Vysoké náklady, ťažkosti pri dispergovaní fullerénov v okuliaroch, schopnosť rýchlej oxidácie na vzduchu, nerekordné koeficienty nelineárnej susceptibility a vysoký prah na obmedzenie optického žiarenia (nevhodné na ochranu zraku) spôsobujú vážne ťažkosti v boji proti konkurenčným materiálom. .
Kvantová mechanika a fullerén
Hydratovaný fullerén (HyFn); (C60 (H20) n)
Hydratovaný fullerén C 60 - C 60 HyFn je silný, hydrofilný supramolekulárny komplex pozostávajúci z molekuly fullerénu C 60 uzavretej v prvom hydratačnom obale, ktorý obsahuje 24 molekúl vody: C 60 @(H 2 O) 24 . Hydratačný obal vzniká v dôsledku interakcie donor-akceptor osamelých párov elektrónov molekúl kyslíka vody s elektrón-akceptorovými centrami na povrchu fulerénu. Molekuly vody orientované v blízkosti fulerénového povrchu sú zároveň prepojené objemovou sieťou vodíkových väzieb. Veľkosť C 60 HyFn zodpovedá 1,6-1,8 nm. V súčasnosti je maximálna koncentrácia C 60 vo forme C 60 HyFn, ktorá bola vytvorená vo vode, ekvivalentná 4 mg/ml. [ skontrolujte odkaz] Fotografia vodného roztoku C 60 HyFn s koncentráciou C 60 0,22 mg/ml vpravo.
Fullerén ako materiál pre polovodičovú technológiu
Molekulový kryštál fullerénu je polovodič s zakázaným pásmom ~ 1,5 eV a jeho vlastnosti sú do značnej miery podobné vlastnostiam iných polovodičov. Preto množstvo štúdií súvisí s použitím fullerénov ako nového materiálu pre tradičné aplikácie v elektronike: dióda, tranzistor, fotobunka atď. Ich výhodou oproti tradičnému kremíku je krátky čas fotoreakcie (jednotky ns). Vplyv kyslíka na vodivosť fulerénových filmov sa však ukázal ako významná nevýhoda a následne vznikla potreba ochranných povlakov. V tomto zmysle je perspektívnejšie využitie molekuly fullerénu ako nezávislého nanozariadenia a najmä ako zosilňujúceho prvku.
Fullerén ako fotorezist
Pôsobením viditeľného (> 2 eV), ultrafialového žiarenia a žiarenia s kratšími vlnovými dĺžkami fulerény polymerizujú a v tejto forme sa nerozpúšťajú organickými rozpúšťadlami. Ako ilustráciu použitia fullerénového fotorezistu možno uviesť príklad získania submikrónového rozlíšenia (≈20 nm) leptaním kremíka elektrónovým lúčom pomocou masky z polymerizovaného filmu C 60.
Fullerénové prísady pre rast diamantových filmov metódou CVD
Ďalšou zaujímavou možnosťou praktickej aplikácie je použitie fullerénových prísad pri raste diamantových filmov metódou CVD (Chemical Vapour Deposition). Zavedenie fullerénov do plynnej fázy je účinné z dvoch hľadísk: zvýšenie rýchlosti tvorby diamantových jadier na substráte a prísun stavebných blokov z plynnej fázy do substrátu. Fragmenty C 2 pôsobia ako stavebné kamene, čo sa ukázalo ako vhodný materiál pre rast diamantového filmu. Experimentálne bolo dokázané, že rýchlosť rastu diamantových filmov dosahuje 0,6 μm/h, čo je 5-krát viac ako bez použitia fullerénov. Pre skutočnú konkurenciu medzi diamantmi a inými polovodičmi v mikroelektronike je potrebné vyvinúť metódu heteroepitaxie diamantových vrstiev, avšak rast monokryštálových vrstiev na nediamantových substrátoch zostáva neriešiteľným problémom. Jedným z možných spôsobov riešenia tohto problému je použitie fulerénovej vyrovnávacej vrstvy medzi substrát a diamantový film. Predpokladom výskumu v tomto smere je dobrá priľnavosť fullerénov k väčšine materiálov. Tieto ustanovenia sú obzvlášť dôležité v súvislosti s intenzívnym výskumom diamantov na ich použitie v mikroelektronike novej generácie. Vysoký výkon (vysoká nasýtená rýchlosť driftu); Najvyššia tepelná vodivosť a chemická odolnosť zo všetkých známych materiálov robí z diamantu sľubný materiál pre ďalšiu generáciu elektroniky.
Supravodivé zlúčeniny s C60
Molekulové kryštály fullerénov sú polovodiče, avšak začiatkom roku 1991 sa zistilo, že dotovanie pevného C 60 malým množstvom alkalického kovu vedie k vytvoreniu materiálu s kovovou vodivosťou, ktorý pri nízkych teplotách prechádza do supravodiča. Dopovanie 60 sa vyrába úpravou kryštálov kovovými parami pri teplotách niekoľkých stoviek stupňov Celzia. V tomto prípade sa vytvorí štruktúra typu X3C60 (X je atóm alkalického kovu). Draslík bol prvým interkalovaným kovom. Prechod zlúčeniny K 3 C 60 do supravodivého stavu nastáva pri teplote 19 K. To je rekordná hodnota pre molekulárne supravodiče. Čoskoro sa zistilo, že mnohé fullerity dopované atómami alkalických kovov v pomere buď X3C60 alebo XY2C60 (X,Y sú atómy alkalických kovov) majú supravodivosť. Rekordérom medzi vysokoteplotnými supravodičmi (HTSC) týchto typov bol RbCs 2 C 60 - jeho T cr = 33 K.
Vplyv malých prísad fullerénových sadzí na vlastnosti PTFE proti treniu a opotrebeniu
Je potrebné poznamenať, že prítomnosť fullerénu C60 v minerálnych mazivách iniciuje tvorbu ochranného filmu z fullerénového polyméru s hrúbkou 100 nm na povrchoch protilátok. Vytvorený film chráni pred tepelnou a oxidačnou degradáciou, zvyšuje životnosť trecích jednotiek v núdzových situáciách 3-8x, tepelnú stabilitu mazív do 400-500°C a únosnosť trecích jednotiek 2-3x, rozširuje rozsah prevádzkového tlaku trecích jednotiek o 1, 5-2 krát, skracuje dobu zábehu protitelesa.
Iné aplikácie
Medzi ďalšie zaujímavé aplikácie patria akumulátory a elektrické batérie, v ktorých sa tak či onak používajú fullerénové prísady. Tieto batérie sú založené na lítiových katódach obsahujúcich interkalované fullerény. Fullerény možno použiť aj ako prísady na výrobu umelých diamantov vysokotlakovou metódou. V tomto prípade sa výnos diamantov zvyšuje o ≈30%.
Okrem toho fullerény našli uplatnenie ako prísady v intumescentných (napučiavacích) náteroch spomaľujúcich horenie. Vplyvom fulerénov farba vplyvom teploty pri požiari napučí, vytvorí sa pomerne hustá penovo-koksová vrstva, ktorá niekoľkonásobne predĺži čas ohrevu na kritickú teplotu chránených konštrukcií.
Fullerény a ich rôzne chemické deriváty sa tiež používajú v kombinácii s polykonjugovanými polovodičovými polymérmi na výrobu solárnych článkov.
Chemické vlastnosti
Fullerény, napriek absencii atómov vodíka, ktoré môžu byť nahradené ako v prípade konvenčných aromatických zlúčenín, môžu byť stále funkcionalizované rôznymi chemickými metódami. Napríklad také reakcie na funkcionalizáciu fullerénov ako Diels-Alderova reakcia, Pratoova reakcia a Bingelova reakcia boli úspešne aplikované. Fullerény môžu byť tiež hydrogenované za vzniku produktov od C6oH2 do C60H50.
medicínsky význam
Antioxidanty
Fullerény sú dnes najsilnejšie známe antioxidanty. V priemere 100-1000 krát prevyšujú účinok všetkých im známych antioxidantov. Práve vďaka tomu vraj dokážu výrazne predĺžiť priemernú dĺžku života potkanov a škrkaviek. V prírodnej forme sa nachádza v šungite a morskom vzduchu. Predpokladá sa, že fullerén C60 rozpustený v olivovom oleji sa môže začleniť do dvojvrstvových lipidových membrán buniek a mitochondrií a pôsobí ako opakovane použiteľný antioxidant.