Mali sme pred sebou dlhú cestu, kým sme vám mohli ponúknuť tieto vody.

Voda SVETLA sú produktom mnohých štúdií ruských a európskych vedcov, ktoré sa venujú štúdiu využitia fullerénov v medicíne na liečbu, prevenciu chorôb a starnutia ľudského tela.

Byť jedinečným nástrojom pre pohodlný život, zdravie a fullerény robia zázraky. Ich hlavným pôsobením v našom tele je zhromažďovanie a neutralizácia voľných radikálov (oxidantov), ​​ktoré majú deštruktívny účinok na bunky nášho tela. Fullerény nemajú cielený terapeutický účinok na konkrétne ochorenie alebo orgán, ako v prípade užívania liekov. Pôsobia ako dlhodobá povaha. Pomáha tak zbaviť sa mnohých chorôb, a čo je dôležitejšie, predchádzať ich výskytu.

Zoznam chorôb zahŕňa:





onkologické ochorenia


a

Práve z týchto ochorení, priamo súvisiacich s útokmi voľných radikálov, pomáhajú zbaviť sa antioxidanty – fullerény. Nesmieme zabúdať, že oni voda sa obohacuje a samotná voda má úžasné schopnosti a zohráva dôležitú úlohu v liečebnom procese ľudského tela. Ako viete, zo 75 % tvoríme vodu. Bez jeho doplnenia v tele riskujeme svoje zdravie. Je tiež veľmi dôležité piť vodu, ktorá je čistá a má správne zloženie, neprechádzajú filtrami (reverzná osmóza), ale skutočnú živú prírodnú vodu. Len ona nesie životodarnú energiu pre naše telo.

Spojením týchto dvoch veľmi dôležitých vlastností – príjmu tej najčistejšej vody a pôsobenia fullerénov, určite dosiahnete úžasné výsledky na ceste k svojmu zdraviu a dlhovekosti.

„SVETLA“ liečebno-jedáleň umocnené ďalšími účinkami, ktoré sú obsiahnuté vo vode "Krainska". Obsahuje sírany SO 4 - prispievajúce k prečisteniu a normalizácii pečene, žlčníka, žlčových ciest, pankreasu. Táto voda pomôže aj pri liečbe ochorení pažeráka, močových ciest
ciest, chronická gastritída s normálnou a zvýšenou sekrečnou funkciou žalúdka, žalúdočný vred, poruchy látkovej výmeny a trávenia po chirurgických zákrokoch.

AKO SPRÁVNE PIŤ.

Pre dosiahnutie najlepších výsledkov odporúčame piť obe vody počas celého roka, ale striedať ich príjem na mesačnej báze - jednu vodu pijeme mesiac, druhý mesiac -
ďalší. Zároveň nezabúdame, že minerálna liečivá tabuľka "SVETLA" sa pije v 200 - 250 ml. pred jedlom (15-20 minút pred) a pitie "SVETLA" - 150-200 ml. 0,5 hodiny pred jedlom. V oboch prípadoch 1,5 - 2,0 hodiny po jedle odporúčame vypiť ďalší pohár nesýtenej vody BioVita alebo Stelmas.

Krátky a pestrý zážitok, ktorý odpovedá na otázku "Ako rozlíšiť aktívnu vodu od mŕtvej?" Porovnávame vzorku bežnej balenej vody a vody Svetla. Na to sa používa tónovaný roztok - karcinogén, ktorý napodobňuje pôsobenie voľných radikálov.

Zrýchlime nahrávanie, aby sme rýchlo videli výsledok ...

Ako môže aktivita vody Svetla ovplyvniť naše zdravie. Naše telo sa skladá z biliónov buniek žijúcich v medzibunkovom priestore (IP), kde potravu prináša voda, nie krv. Bunky, ktoré vyvinuli energiu, do nej prenášajú toxíny, ktoré do nej tiež vstupujú s krvou. MP je naložený, otrávený, energia sa stráca, ochorieme. Toxíny, ako ste videli, najrýchlejšie rozdrví a odstráni voda Svetla. Vyčistí sa MP, bunky produkujú viac životnej energie, posilňuje sa imunita, zvyšuje sa antivírusová ochrana, odstraňuje sa riziko onkológie a mnohé ďalšie.

Špinavá klietka

Sieťová klietka

Fullerény sú molekulárne zlúčeniny patriace do triedy alotropných modifikácií uhlíka, ktoré majú uzavreté rámcové štruktúry pozostávajúce z troch koordinovaných atómov uhlíka a majú 12 päťuholníkových a (n/2 - 10) šesťuholníkových plôch (n≥20). Zvláštnosťou je, že každý päťuholník susedí len so šesťuholníkmi.

Najstabilnejšou formou je C 60 (buckminsterfulleren), ktorého guľovitá dutá štruktúra pozostáva z 20 šesťuholníkov a 12 päťuholníkov.

Obrázok 1. Štruktúra C 60

Molekula C60 sú atómy uhlíka spojené navzájom kovalentnou väzbou. Toto spojenie je spôsobené socializáciou valenčných elektrónov atómov. Dĺžka väzby C-C v päťuholníku je 1,43 Ǻ, rovnako ako dĺžka strany šesťuholníka spájajúceho oba obrazce, avšak strana spájajúca šesťuholníky je približne 1,39 Ǻ.

Za určitých podmienok majú molekuly C 60 tendenciu byť usporiadané v priestore, nachádzajú sa v uzloch kryštálovej mriežky, inými slovami, fullerén tvorí kryštál nazývaný fullerit. Aby boli molekuly C 60 v priestore systematicky umiestnené, podobne ako ich atómy, musia byť navzájom prepojené. Táto väzba medzi molekulami v kryštáli je spôsobená prítomnosťou slabej van der Waalsovej sily. Tento jav sa vysvetľuje skutočnosťou, že v elektricky neutrálnej molekule je záporný náboj elektrónov a kladný náboj jadra rozptýlený v priestore, v dôsledku čoho sa molekuly môžu navzájom polarizovať, inými slovami, viesť k posunutiu centier kladných a záporných nábojov v priestore, čo spôsobuje ich interakciu.

Tuhá látka C 60 má pri izbovej teplote plošne centrovanú kubickú mriežku, ktorej hustota je 1,68 g/cm3. Pri teplotách pod 0 °C dochádza k premene na kubickú mriežku.

Entalpia tvorby fullerénu-60 je asi 42,5 kJ/mol. Tento indikátor odráža jeho nízku stabilitu v porovnaní s grafitom (0 kJ/mol) a diamantom (1,67 kJ/mol). Stojí za zmienku, že so zvyšujúcou sa veľkosťou gule (s rastúcim počtom atómov uhlíka), entalpia tvorby asymptoticky smeruje k entalpii grafitu, je to spôsobené tým, že guľa sa čoraz viac podobá rovine.

Vonkajšie sú fullerény jemne kryštalické prášky čiernej farby, bez zápachu. Sú prakticky nerozpustné vo vode (H 2 O), etanole (C 2 H 5 OH), acetóne (C 3 H 6 O) a iných polárnych rozpúšťadlách, ale v benzéne (C 6 H 6), toluéne (C 6 H 5 - CH 3), fenylchlorid (C 6 H 5 Cl) sa rozpúšťajú za vzniku červenofialových roztokov. Treba poznamenať, že keď sa do nasýteného roztoku C60 v dioxáne (C4H8O2) pridá kvapka styrénu (C8H8), dôjde k okamžitej zmene farby roztoku zo žltého. hnedá až červenofialová v dôsledku tvorby komplexu (solvátu).

V nasýtených roztokoch aromatických rozpúšťadiel fullerény pri nízkych teplotách tvoria zrazeninu - kryštalický solvát formy C 60 Xn, kde X je benzén (C 6 H 6), toluén (C 6 H 5 -CH 3), styrén (C 8 H 8) , ferocén (Fe(C 5 H 5) 2) a ďalšie molekuly.

Entalpia rozpúšťania fullerénu vo väčšine rozpúšťadiel je pozitívna, so zvyšujúcou sa teplotou sa rozpustnosť spravidla zhoršuje.

Štúdium fyzikálnych a chemických vlastností fullerénu je aktuálnym fenoménom, keďže táto zlúčenina sa stáva neoddeliteľnou súčasťou nášho života. V súčasnosti sa diskutuje o myšlienkach využitia fullerénov pri tvorbe fotodetektorov a optoelektronických zariadení, rastových katalyzátorov, diamantových a diamantom podobných filmov, supravodivých materiálov a tiež ako farbív do kopírok. Fullerény sa používajú pri syntéze kovov a zliatin so zlepšenými vlastnosťami.

Fullerény sa plánujú použiť ako základ na výrobu akumulátorov. Princíp činnosti týchto batérií je založený na hydrogenačnej reakcii, sú v mnohých ohľadoch podobné rozšíreným niklovým batériám, na rozdiel od nich však majú schopnosť uložiť niekoľkonásobne špecifickejšie množstvo vodíka. Okrem toho majú tieto batérie vyššiu účinnosť, nízku hmotnosť a ekologickú a zdravotnú nezávadnosť v porovnaní s najpokročilejšími lítiovými batériami z hľadiska týchto vlastností. Fullerénové batérie môžu byť široko používané na napájanie osobných počítačov a načúvacích prístrojov.

Značná pozornosť sa venuje problematike využitia fullerénov v medicíne a farmakológii. Uvažuje sa o vytvorení protirakovinových liekov na báze vo vode rozpustných endoedrických zlúčenín fullerénov s rádioaktívnymi izotopmi.

Využitie fullerénov je však limitované ich vysokou cenou, ktorá je spôsobená pracnosťou syntézy fullerénovej zmesi, ako aj viacstupňovou separáciou jednotlivých zložiek z nej.

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+...

flexibilný kameň

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.

FULLERENES - NOVÁ ALOTROPICKÁ FORMA UHLÍKA

1. TEORETICKÁ ČASŤ

1.1. Známe alotropné formy uhlíka

Donedávna bolo známe, že uhlík tvorí tri alotropické formy: diamant, grafit a karabín. Alotropia, z gréc. Allos – odlišný, tropos – obrat, vlastnosť, existencia toho istého prvku vo forme štruktúr odlišných vlastnosťami a štruktúrou.V súčasnosti je známa štvrtá alotropná forma uhlíka, takzvaný fullerén (polyatomické molekuly uhlíka C n).

Pôvod pojmu „fullerene“ je spojený s menom amerického architekta Richarda Buckminstera Fullera, ktorý navrhol pologuľové architektonické štruktúry pozostávajúce zo šesťuholníkov a päťuholníkov.

V polovici 60. rokov David Jones skonštruoval uzavreté guľovité klietky z grafitových vrstiev poskladaných zvláštnym spôsobom. Ukázalo sa, že päťuholník môže byť defekt vložený do šesťuholníkovej mriežky obyčajného grafitu a vedie k vytvoreniu zložitého zakriveného povrchu.

Začiatkom 70. rokov organický fyzik E. Osawa navrhol existenciu dutej, vysoko symetrickej molekuly C 60 so štruktúrou vo forme skráteného dvadsaťstenu, podobnej futbalovej lopte. O niečo neskôr (1973) ruskí vedci D.A. Bochvar a E.G. Galperin urobil prvé teoretické kvantovo-chemické výpočty takejto molekuly a dokázal jej stabilitu.

V roku 1985 sa tímu vedcov: G. Kroto (Anglicko, University of Sussex), Heath, 0"Brien, R.F. Curl a R. Smalley (USA, Rice University) podarilo odhaliť molekulu fullerénu pri štúdiu hmotnostných spektier grafitová para po laserovom ožiarení tuhej vzorky.

Prvý spôsob získania a izolácie pevného kryštalického fullerénu navrhli v roku 1990 W. Kretschmer a D. Huffman a kolegovia z Ústavu jadrovej fyziky v Heidelbergu (Nemecko).

V roku 1991 japonský vedec Ijima prvýkrát pozoroval rôzne štruktúry pomocou polárneho iónového mikroskopu, zloženého, ​​ako v prípade grafitu, zo šesťčlenných uhlíkových kruhov: nanorúrky, kužele, nanočastice.

V roku 1992 boli objavené prírodné fullerény v prírodnom uhlíkatom minerále - šungite (tento minerál dostal názov podľa názvu dediny Shunga v Karélii).

V roku 1997 R.E.

Zoberme si štruktúru alotropných foriem uhlíka: diamant, grafit a karabín.

Diamant - Každý atóm uhlíka v štruktúre diamantu sa nachádza v strede štvorstenu, ktorého vrcholy sú štyri najbližšie atómy. Susedné atómy sú vzájomne prepojené kovalentnými väzbami (hybridizácia sp 3). Táto štruktúra určuje vlastnosti diamantu ako najtvrdšej látky známej na Zemi.

Grafit nachádza široké uplatnenie v širokej škále oblastí ľudskej činnosti, od výroby ceruzky až po jednotky na moderovanie neutrónov v jadrových reaktoroch. Atómy uhlíka v kryštálovej štruktúre grafitu sú navzájom prepojené silnými kovalentnými väzbami (sp 2 - hybridizácia) a vytvárajú šesťuholníkové kruhy, ktoré zase vytvárajú pevnú a stabilnú sieť podobnú plástu. Mriežky sú usporiadané nad sebou vo vrstvách. Vzdialenosť medzi atómami umiestnenými vo vrcholoch pravidelných šesťuholníkov je 0,142 nm, medzi vrstvami – 0,335 nm. Vrstvy sú navzájom voľne spojené. Takáto štruktúra - silné vrstvy uhlíka, slabo prepojené, určuje špecifické vlastnosti grafitu: nízka tvrdosť a schopnosť ľahko sa delaminovať na drobné vločky.

Karabína kondenzuje vo forme bieleho uhlíkového nánosu na povrchu, keď je pyrografit ožiarený laserovým lúčom svetla. Kryštalická forma karbínu pozostáva z paralelne orientovaných reťazcov uhlíkových atómov s sp-hybridizáciou valenčných elektrónov vo forme priamych makromolekúl polyínu (-С= С-С= С-...) alebo kumulénu (=С=С= С=...) typy .

Známe sú aj iné formy uhlíka, ako je amorfný uhlík, biely uhlík (chaoit) atď. Ale všetky tieto formy sú kompozity, to znamená zmes malých fragmentov grafitu a diamantu.

1.2. Geometria molekuly fullerénu a kryštálovej mriežky fulleritu

Obr.3 Molekula fulerénu C6 0

Na rozdiel od diamantu, grafitu a karbínu je fullerén v podstate nová forma uhlíka. Molekula C 60 obsahuje fragmenty s päťnásobnou symetriou (päťuholníky), ktoré sú od prírody zakázané pre anorganické zlúčeniny. Preto by sa malo uznať, že molekula fullerénu je organická molekula a kryštál tvorený takými molekulami ( fullerit) – je to molekulárny kryštál, ktorý je spojnicou medzi organickou a anorganickou hmotou.

Rovná plocha sa ľahko vyskladá z pravidelných šesťuholníkov, ale nedá sa nimi vytvoriť uzavretá plocha. K tomu je potrebné odrezať časť šesťhranných krúžkov a z odrezaných častí vytvoriť päťuholníky. Vo fulleréne je plochá mriežka šesťuholníkov (grafitová mriežka) zložená a zošitá do uzavretej gule. V tomto prípade sa niektoré šesťuholníky premenia na päťuholníky. Vytvorí sa štruktúra - skrátený dvadsaťsten, ktorý má 10 osí symetrie tretieho rádu, šesť osí súmernosti piateho rádu. Každý vrchol tohto obrazca má troch najbližších susedov. Každý šesťuholník ohraničuje tri šesťuholníky a tri päťuholníky a každý päťuholník ohraničuje iba šesťuholníky Každý atóm uhlíka v molekule C 60 sa nachádza vo vrcholoch dvoch šesťuholníkov a jedného päťuholníka a je v podstate nerozoznateľný od ostatných atómov uhlíka. Atómy uhlíka, ktoré tvoria guľu, sú navzájom spojené silnou kovalentnou väzbou. Hrúbka guľového obalu je 0,1 nm, polomer molekuly C 60 je 0,357 nm. Dĺžka väzby C-C v päťuholníku je 0,143 nm, v šesťuholníku - 0,139 nm.

Molekuly vyšších fulerénov C 70 C 74, C 76, C 84, C 164, C 192, C 216 majú tiež formu uzavretého povrchu.

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

Kryštalický fullerén, ktorý dostal názov fullerit, má plošne centrovanú kubickú mriežku (fcc), priestorovú grupu (Fm3m), parameter kubickej mriežky a 0 = 1,42 nm, vzdialenosť medzi najbližšími susedmi je 1 nm. Počet najbližších susedov v mriežke fcc fulleritu je –12.

Medzi molekulami C60 vo fulleritovom kryštáli je slabá van der Waalsova väzba. Pomocou metódy nukleárnej magnetickej rezonancie sa dokázalo, že pri izbovej teplote molekuly C 60 rotujú okolo rovnovážnej polohy s frekvenciou 10 12 1/s. Keď teplota klesne, rotácia sa spomalí. Pri 249 K je vo fullerite pozorovaný fázový prechod prvého rádu, v ktorom sa mriežka fcc (sp. gr. Fm3m) transformuje na jednoduchú kubickú (sp. gr. Pa3). V tomto prípade sa objem fulderitu zvýši o 1%. Fulleritový kryštál má hustotu 1,7 g/cm 3 , čo je oveľa menej ako hustota grafitu (2,3 g/cm 3 ) a diamantu (3,5 g/cm 3 ).

Molekula C 60 zostáva stabilná v inertnej atmosfére argónu až do teplôt rádovo 1700 K. Významná oxidácia sa pozoruje pri 500 K v prítomnosti kyslíka za vzniku CO a CO 2 . Pri izbovej teplote nastáva oxidácia pri ožiarení fotónmi s energiou 0,55 eV. ktorá je oveľa nižšia ako energia fotónu viditeľného svetla (1,54 eV). Čistý fullerit sa preto musí skladovať v tme. Proces, ktorý trvá niekoľko hodín, vedie k deštrukcii fcc mriežky fulleritu a vytvoreniu neusporiadanej štruktúry, v ktorej je 12 atómov kyslíka na počiatočnú molekulu C6. V tomto prípade fullerény úplne stratia svoj tvar.

1.3. Získanie fullerénov

Najúčinnejší spôsob získania fulerénov je založený na tepelnom rozklade grafitu. Využíva sa ako elektrolytický ohrev grafitovej elektródy, tak aj laserové ožarovanie grafitového povrchu. 4 je znázornená schéma závodu na výrobu fullerénov, ktorý použil W. Kretchmer. Grafitové naprašovanie sa uskutočňuje prechodom prúdu s frekvenciou 60 Hz elektródami, prúd je od 100 do 200 A, napätie 10-20 V. Úpravou napnutia pružiny je možné zabezpečiť, hlavná časť vstupného výkonu sa uvoľňuje v oblúku a nie v grafitovej tyči. Komora je naplnená héliom, tlak 100 Torr. Rýchlosť vyparovania grafitu v tejto inštalácii môže dosiahnuť 10 g/W. V tomto prípade je povrch medeného puzdra chladený vodou pokrytý produktom odparovania grafitu, t.j. grafitové sadze. Ak sa výsledný prášok zoškrabe a nechá sa niekoľko hodín vo vriacom toluéne, získa sa tmavohnedá kvapalina. Pri odparovaní na rotačnej odparke sa získa jemný prášok, ktorého hmotnosť nie je väčšia ako 10 % hmotnosti pôvodných grafitových sadzí.Obsahuje do 10 % fulerénov C 60 (90 %) a C 70 (10 Bola pomenovaná opísaná oblúková metóda na získanie fulerénov „fulerénový oblúk“.

V opísanom spôsobe získavania fulerénov hrá hélium úlohu vyrovnávacieho plynu. V porovnaní s inými atómami atómy hélia najefektívnejšie „uhasia“ oscilačné pohyby excitovaných uhlíkových fragmentov, ktoré im bránia spojiť sa do stabilných štruktúr. Atómy hélia navyše odnášajú energiu uvoľnenú pri spájaní fragmentov uhlíka. Skúsenosti ukazujú, že optimálny tlak hélia je v rozmedzí 100 Torr. Pri vyšších tlakoch je agregácia uhlíkových fragmentov obtiažna.

Obr.4. Schéma inštalácie na získanie fullerénov.

1 - grafitové elektródy;

2 - chladená medená zbernica; 3 - medené puzdro,

4 - pružiny.

Zmeny v procesných parametroch a návrhu závodu vedú k zmenám v efektívnosti procesu a zložení produktu. Kvalita produktu je potvrdená ako hmotnostnými spektrometrickými meraniami, tak aj inými metódami (nukleárna magnetická rezonancia, elektrónová paramagnetická rezonancia, IR spektroskopia atď.)

Prehľad v súčasnosti existujúcich spôsobov získavania fullerénov a zariadení zariadení, v ktorých sa získavajú rôzne fullerény, je uvedený v práci G. N. Churilova.

Metódy čistenia a detekcie

Najpohodlnejšia a najrozšírenejšia metóda extrakcie fulerénov z produktov tepelného rozkladu grafitu (pojmy: kondenzát s obsahom fullerénu, sadze s obsahom fullerénu), ako aj následná separácia a čistenie fullerénov, je založená na použití rozpúšťadiel a sorbenty.

Táto metóda zahŕňa niekoľko fáz. V prvej fáze sa sadze obsahujúce fullerén ošetria nepolárnym rozpúšťadlom, ktorým je benzén, toluén a ďalšie látky. V tomto prípade sa z nerozpustnej frakcie oddelia fulerény, ktoré majú značnú rozpustnosť v týchto rozpúšťadlách, ktorých obsah vo fáze obsahujúcej fulerén je zvyčajne 70-80 %. Typická hodnota rozpustnosti fullerénov v roztokoch používaných na ich syntézu je niekoľko desatín molárnych percent. Odparenie takto získaného roztoku fullerénov vedie k vytvoreniu čierneho polykryštalického prášku, ktorý je zmesou fullerénov rôznej kvality. Typické hmotnostné spektrum takéhoto produktu ukazuje, že fulerénový extrakt má 80 až 90 % C60 a 10 až 15 % C70. Okrem toho existuje malé množstvo (na úrovni zlomkov percent) vyšších fullerénov, ktorých izolácia z extraktu je pomerne zložitý technický problém. Fullerénový extrakt rozpustený v jednom z rozpúšťadiel prechádza cez sorbent, ktorým môže byť hliník, aktívne uhlie alebo oxidy (Al 2 O 3, SiO 2) s vysokými sorpčnými vlastnosťami. Fullerény sa zbierajú týmto kovom a potom sa z neho extrahujú čistým rozpúšťadlom. Účinnosť extrakcie je určená kombináciou sorbent-fulerén-rozpúšťadlo a zvyčajne pri použití určitého sorbentu a rozpúšťadla výrazne závisí od typu fullerénu. Preto rozpúšťadlo prechádzajúce cez sorbent s v ňom adsorbovaným fullerénom postupne zo sorbentu extrahuje fullerény rôznych typov, ktoré sa tak dajú od seba ľahko oddeliť. Ďalší vývoj opísanej technológie na získanie separácie a čistenia fullerénov, založenej na syntéze sadzí s obsahom fullerénov elektrickým oblúkom a ich následnej separácii pomocou sorbentov a rozpúšťadiel, viedol k vytvoreniu zariadení, ktoré umožňujú syntetizovať C 60 v množstve jeden gram za hodinu.

1.4 Vlastnosti fullerénov

Kryštalické fullerény a filmy sú polovodiče s zakázaným pásmom 1,2-1,9 eV a majú fotovodivosť. Pri ožiarení viditeľným svetlom sa elektrický odpor kryštálu fulleritu znižuje. Fotovodivosť má nielen čistý fullerit, ale aj jeho rôzne zmesi s inými látkami. Zistilo sa, že pridanie atómov draslíka k filmom C60 vedie k vzniku supravodivosti pri 19 K.

Molekuly fulerénov, v ktorých sú atómy uhlíka navzájom spojené jednoduchými aj dvojitými väzbami, sú trojrozmernými analógmi aromatických štruktúr. Vďaka vysokej elektronegativite pôsobia v chemických reakciách ako silné oxidačné činidlá. Naviazaním radikálov rôznej chemickej povahy na seba sú fullerény schopné tvoriť širokú triedu chemických zlúčenín s rôznymi fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Napríklad nedávno boli získané polyfullerénové filmy, v ktorých molekuly C60 nie sú navzájom spojené van der Waalsom, ako v kryštáli fulleritu, ale chemickou interakciou. Tieto plastové fólie sú novým typom polymérneho materiálu. Zaujímavé výsledky sa dosiahli v smere syntézy polymérov na báze fullerénov. V tomto prípade fullerén C60 slúži ako základ polymérneho reťazca a spojenie medzi molekulami sa uskutočňuje pomocou benzénových kruhov. Táto štruktúra dostala obrazný názov „šnúra perál“.

Pridanie radikálov obsahujúcich kovy platinovej skupiny k C60 umožňuje získať feromagnetické materiály na báze fullerénu. Teraz je známe, že viac ako tretina prvkov periodickej tabuľky môže byť umiestnená vo vnútri molekuly. Od 60. Existujú správy o zavedení atómov lantánu, niklu, sodíka, draslíka, rubídia, cézia, atómov prvkov vzácnych zemín, ako je terbium, gadolínium a dysprózium.

Rozmanitosť fyzikálno-chemických a štruktúrnych vlastností zlúčenín na báze fullerénov umožňuje hovoriť o chémii fullerénov ako o novom perspektívnom smere organickej chémie.

1.5. Aplikácia fullerénov

V súčasnosti sa vo vedeckej literatúre diskutuje o využití fullerénov na tvorbu fotodetektorov a optoelektronických zariadení, rastových katalyzátorov, diamantových a diamantom podobných filmov, supravodivých materiálov a tiež ako farbív do kopírok. Fullerény sa používajú na syntézu kovov a zliatin s novými vlastnosťami.

Ako základ na výrobu batérií sa plánuje použiť fulerény. Tieto batérie, ktorých princíp je založený na reakcii pridávania vodíka, sú v mnohých ohľadoch podobné široko používaným niklovým batériám, na rozdiel od nich však majú schopnosť uložiť približne päťnásobok špecifického množstva vodíka. Okrem toho sa takéto batérie vyznačujú vyššou účinnosťou, nízkou hmotnosťou a environmentálnou a zdravotnou nezávadnosťou v porovnaní s najmodernejšími batériami na báze lítia z hľadiska týchto vlastností. Takéto batérie môžu byť široko používané na napájanie osobných počítačov a načúvacích prístrojov.

Roztoky fullerénov v nepolárnych rozpúšťadlách (sírouhlík, toluén, benzén, tetrachlórmetán, dekán, hexán, pentán) sa vyznačujú nelineárnymi optickými vlastnosťami, čo sa prejavuje najmä prudkým poklesom priehľadnosti roztoku pod určité podmienky. Otvára sa tak možnosť využiť fullerény ako základ pre optické clony, ktoré obmedzujú intenzitu laserového žiarenia.

Existuje perspektíva použitia fulerénov ako základu pre vytvorenie pamäťového média s ultra vysokou hustotou informácií. Fullerény možno použiť ako prísady do raketových palív a mazív.

Veľká pozornosť sa venuje problematike využitia fullerénov v medicíne a farmakológii. Diskutuje sa o myšlienke vytvorenia protirakovinových liekov na báze vo vode rozpustných endoedrických zlúčenín fullerénov s rádioaktívnymi izotopmi. ( Endohedrické zlúčeniny sú fullerénové molekuly obsahujúce jeden alebo viac atómov prvku). Sú nájdené podmienky pre syntézu antivírusových a protirakovinových liečiv na báze fullerénov. Jednou z ťažkostí pri riešení týchto problémov je vytvorenie vo vode rozpustných netoxických fullerénových zlúčenín, ktoré by mohli byť zavedené do ľudského tela a dodané krvou do orgánu, ktorý je predmetom terapeutického účinku.

Použitie fullerénov obmedzuje ich vysoká cena, ktorá spočíva v prácnosti získavania fullerénovej zmesi a izolácie jednotlivých zložiek z nej.

1.6 Uhlíkové nanorúrky

Štruktúra nanorúrok

Spolu s guľovitými uhlíkovými štruktúrami sa môžu vytvárať aj rozšírené valcové štruktúry, takzvané nanorúrky, ktoré sa vyznačujú širokou škálou fyzikálno-chemických vlastností.

Ideálna nanorúrka je grafitová rovina zvinutá do valca, t.j. povrch lemovaný pravidelnými šesťuholníkmi, na vrcholoch ktorých sa nachádzajú atómy uhlíka..).

Parameter označujúci súradnice šesťuholníka, ktorý by sa v dôsledku zloženia roviny mal zhodovať so šesťuholníkom umiestneným v počiatku súradníc, sa nazýva chiralita nanorúrky a označuje sa množinou symbolov (m , n). Chiralita nanorúrky určuje jej elektrické vlastnosti.

Pozorovania elektrónovým mikroskopom ukázali, že väčšina nanorúrok pozostáva z niekoľkých grafitových vrstiev, buď vnorených do seba, alebo navinutých okolo spoločnej osi.

Jednostenné nanorúrky

Na ryža. štyri je predstavený idealizovaný model jednostennej nanorúrky. Takáto trubica končí pologuľovitými vrcholmi obsahujúcimi spolu s

s pravidelnými šesťuholníkmi, tiež šiestimi pravidelnými päťuholníkmi. Prítomnosť päťuholníkov na koncoch rúrok umožňuje považovať ich za limitný prípad molekúl fulerénu, ktorých dĺžka pozdĺžnej osi značne presahuje ich priemer.

Experimentálne pozorovaná štruktúra jednostenných nanorúriek sa v mnohých ohľadoch líši od vyššie uvedeného idealizovaného obrázku. V prvom rade ide o vrcholy nanorúrok, ktorých tvar, ako vyplýva z pozorovaní, má ďaleko od ideálnej pologule.

Viacvrstvové nanorúrky

Viacvrstvové nanorúrky sa líšia od jednovrstvových nanorúriek v oveľa širšej škále tvarov a konfigurácií v pozdĺžnom aj priečnom smere. Možné varianty priečnej štruktúry viacvrstvových nanorúriek sú znázornené v ryža. 5. Štruktúra ako "ruské bábiky" (ruské bábiky) je súbor koaxiálne vnorených jednovrstvových nanorúrok (ryža 5 a). Ďalšia variácia tejto štruktúry, znázornená v ryža. 5b, je súbor vnorených koaxiálnych hranolov. Nakoniec posledná z vyššie uvedených štruktúr ( ryža. 5 c), vyzerá ako zvitok. Pre všetky vyššie uvedené štruktúry je vzdialenosť medzi susednými grafitovými vrstvami blízka 0,34 nm, t.j. vzdialenosť medzi susednými rovinami kryštalického grafitu. Realizácia tej či onej štruktúry v konkrétnej experimentálnej situácii závisí od podmienok syntézy nanorúrok.

Treba mať na pamäti, že idealizovaná priečna štruktúra nanorúriek, v ktorej je vzdialenosť medzi susednými vrstvami blízka 0,34 nm a nezávisí od osovej súradnice, je v praxi skreslená v dôsledku rušivého efektu susedných nanorúriek.

Prítomnosť defektov tiež vedie k deformácii priamočiareho tvaru nanorúrky a dáva jej tvar akordeónu.

Ďalší typ defektov, ktoré sa často zaznamenávajú na grafitovom povrchu viacvrstvových nanorúriek, je spojený so zavedením určitého počtu päťuholníkov alebo sedemuholníkov do povrchu, ktorý pozostáva hlavne z pravidelných šesťuholníkov. To vedie k porušeniu valcového tvaru, pričom zavedenie päťuholníka spôsobuje konvexný ohyb, zatiaľ čo zavedenie sedemuholníka prispieva k vzniku konkávneho ohybu. Takéto defekty teda spôsobujú vzhľad ohnutých a špirálovitých nanorúriek.

Štruktúra nanočastíc

Pri tvorbe fullerénov z grafitu vznikajú aj nanočastice. Sú to uzavreté štruktúry podobné fullerénom, ale oveľa väčšie ako oni. Na rozdiel od fullerénov môžu, podobne ako nanorúrky, obsahovať niekoľko vrstiev, majú štruktúru uzavretých, vnorených grafitových schránok.

V nanočasticiach, podobne ako v grafite, sú atómy vo vnútri obalu spojené chemickými väzbami a medzi atómami susedných obalov je slabá van der Waalsova interakcia. Typicky majú obaly nanočastíc tvar blízky mnohostenu. V štruktúre každej takejto škrupiny je okrem šesťuholníkov, ako v štruktúre grafitu, 12 päťuholníkov, ďalšie páry po piatich a sedemuholníky. Elektrónová mikroskopická štúdia tvaru a štruktúry uhlíkových častíc v kondenzáte obsahujúcom fullerén bola nedávno vykonaná v prácach Jarkova S.M., Kashkin V.B.

Získanie uhlíkových nanorúrok

Uhlíkové nanorúrky vznikajú tepelným naprašovaním grafitovej elektródy v plazmovom oblúkovom výboji horiacom v atmosfére hélia. Táto metóda, ako aj metóda laserového naprašovania, ktorá je základom efektívnej technológie získavania fullerénov, umožňuje získať nanorúrky v množstve dostatočnom na podrobné štúdium ich fyzikálno-chemických vlastností.

Nanorúrku možno získať z rozšírených úlomkov grafitu, ktoré sa potom skrútia do trubice. Na vytvorenie rozšírených fragmentov sú potrebné špeciálne podmienky na zahrievanie grafitu. Optimálne podmienky na získanie nanorúriek sú realizované v oblúkovom výboji s použitím elektrolytického grafitu ako elektród.

Spomedzi rôznych produktov tepelného naprašovania grafitu (fullerény, nanočastice, častice sadzí) tvoria malú časť (niekoľko percent) viacvrstvové nanorúrky, ktoré sú čiastočne pripevnené k studeným povrchom zariadenia, čiastočne uložené na povrchu pozdĺž so sadzami.

Jednostenné nanorúrky vznikajú, keď sa na anódu pridá malá prímes Fe, Co, Ni, Cd (t.j. pridaním katalyzátorov). Jednostenné nanorúrky sa navyše získavajú oxidáciou viacstenných nanorúriek. Za účelom oxidácie sa viacvrstvové nanorúrky ošetria kyslíkom pri miernom ohreve, prípadne vriacou kyselinou dusičnou a v druhom prípade sa odstránia päťčlenné grafitové krúžky, čo vedie k otvoreniu koncov rúrok.Oxidácia vám umožňuje na odstránenie horných vrstiev z viacvrstvovej trubice a otvorenie jej koncov. Keďže reaktivita nanočastíc je vyššia ako reaktivita nanorúriek, podiel nanorúrok v ich zvyšnej časti sa zvyšuje s výraznou deštrukciou uhlíkového produktu v dôsledku oxidácie.

Pri metóde získavania fulerénov elektrickým oblúkom sa časť materiálu, ktorý je zničený pôsobením oblúka grafitovej anódy, nanáša na katódu. Na konci procesu ničenia grafitovej tyče táto formácia rastie natoľko, že pokrýva celú oblasť oblúka. Tento výrastok má tvar misky, do ktorej je zavedená anóda. Fyzikálne charakteristiky nahromadenia katódy sú veľmi odlišné od charakteristík grafitu, z ktorého je anóda zložená. Nárastová mikrotvrdosť je 5,95 GPa (grafit -0,22 GPa), hustota 1,32 g/cm 3 (grafit -2,3 g/cm 3), nánosový elektrický odpor je 1,4 * 10 -4 Ohm m , ktorý je takmer o rád väčší ako grafit (1,5 * 10 -5 ohm m). Pri 35 K bola zistená anomálne vysoká magnetická susceptibilita nánosu na katóde, čo umožnilo predpokladať, že nános pozostáva prevažne z nanorúriek (Belov N.N.).

Vlastnosti nanorúrok

Široké vyhliadky na použitie nanorúriek v materiálovej vede sa otvárajú, keď sú supravodivé kryštály (napr. TaC) zapuzdrené vo vnútri uhlíkových nanorúrok. Nasledujúca technológia je opísaná v literatúre. Použili sme jednosmerný oblúkový výboj ~30 A pri napätí 30 V v héliovej atmosfére s elektródami, ktoré boli stlačenou zmesou prášku tália s grafitovým pigmentom. Medzielektródová vzdialenosť bola 2-3 mm. Pomocou tunelovacieho elektrónového mikroskopu sa v produktoch tepelného rozkladu materiálu elektród našlo značné množstvo kryštálov TaC zapuzdrených v nanorúrkach.. X Typická priečna veľkosť kryštalitov bola asi 7 nm a typická dĺžka nanorúrok bola viac ako 200 nm. Nanorúrky boli viacvrstvové valce so vzdialenosťou medzi vrstvami 0,3481 ± 0,0009 nm, blízko zodpovedajúcemu parametru pre grafit. Meranie teplotnej závislosti magnetickej susceptibility vzoriek ukázalo, že zapuzdrené nanokryštály sa transformujú nasupravodivý stav pri T = 10 K.

Možnosť získania supravodivých kryštálov zapuzdrených v nanorúrkach umožňuje ich izoláciu od škodlivých vplyvov vonkajšieho prostredia, napríklad od oxidácie, čím sa otvára cesta k efektívnejšiemu vývoju zodpovedajúcich nanotechnológií.

Veľká negatívna magnetická susceptibilita nanorúriek naznačuje ich diamagnetické vlastnosti. Predpokladá sa, že diamagnetizmus nanorúriek je spôsobený tokom elektrónových prúdov po ich obvode. Hodnota magnetickej susceptibility nezávisí od orientácie vzorky, čo súvisí s jej neusporiadanou štruktúrou. Relatívne veľká hodnota magnetickej susceptibility naznačuje, že aspoň v jednom zo smerov je táto hodnota porovnateľná s príslušnou hodnotou pre grafit. Rozdiel medzi teplotnou závislosťou magnetickej susceptibility nanorúriek a príslušnými údajmi pre iné formy uhlíka naznačuje, že uhlíkové nanorúrky sú samostatnou nezávislou formou uhlíka, ktorej vlastnosti sú zásadne odlišné od vlastností uhlíka v iných skupenstvách..

Aplikácie nanorúriek

Mnohé technologické aplikácie nanorúriek sú založené na ich vysokom špecifickom povrchu (v prípade jednovrstvovej nanorúrky asi 600 metrov štvorcových na 1/g), čo otvára možnosť ich použitia ako pórovitého materiálu vo filtroch atď. .

Materiál nanorúriek možno úspešne použiť ako nosný substrát pre heterogénnu katalýzu a katalytická aktivita otvorených nanorúriek výrazne prevyšuje zodpovedajúci parameter pre uzavreté nanorúrky.

Ako elektródy pre elektrolytické kondenzátory s vysokým špecifickým výkonom je možné použiť nanorúrky s vysokým špecifickým povrchom.

Uhlíkové nanorúrky sa dobre osvedčili v experimentoch s ich použitím ako povlaku, ktorý podporuje tvorbu diamantového filmu. Ako ukazujú fotografie zhotovené elektrónovým mikroskopom, diamantový film nanesený na filme nanorúrok sa v hustote a rovnomernosti jadier k lepšiemu líši od filmu naneseného na C60 a C70.

Vlastnosti nanorúrky ako jej malá veľkosť, ktorá sa značne líši v závislosti od podmienok syntézy, elektrickej vodivosti, mechanická pevnosť a chemická stabilita umožňujú považovať nanorúrku za základ budúcich prvkov mikroelektroniky. Výpočtom bolo dokázané, že zavedenie páru päťuholník-sedemuholník do ideálnej štruktúry nanorúrky ako defekt mení jej elektronické vlastnosti. Nanorúrku s vloženým defektom možno považovať za kov-polovodičový heteroprechod, ktorý v princípe môže tvoriť základ polovodičového prvku rekordne malých rozmerov.

Nanorúrky môžu slúžiť ako základ najtenšieho meracieho nástroja na kontrolu povrchových nehomogenít elektronických obvodov.

Zaujímavé aplikácie možno získať plnením nanorúriek rôznymi materiálmi. V tomto prípade môže byť nanorúrka použitá ako nosič materiálu, ktorý ju vypĺňa, a ako izolačná škrupina, ktorá chráni tento materiál pred elektrickým kontaktom alebo chemickou interakciou s okolitými predmetmi.

ZÁVER

Hoci fullerény majú krátku históriu, táto oblasť vedy sa rýchlo rozvíja a priťahuje stále viac nových výskumníkov. Táto oblasť vedy zahŕňa tri oblasti: fullerénová fyzika, fullerénová chémia a fullerénová technológia.

Fyzika fullerénov sa zaoberá štúdiom štruktúrnych, mechanických, elektrických, magnetických, optických vlastností fullerénov a ich zlúčenín v rôznych fázových stavoch. To zahŕňa aj štúdium povahy interakcie medzi atómami uhlíka v týchto zlúčeninách, spektroskopiu molekúl fullerénu, vlastnosti a štruktúru systémov pozostávajúcich z molekúl fullerénu. Fyzika fulerénov je najpokročilejším odvetvím v oblasti fulerénov.

Chémia fullerénov spojené s tvorbou a štúdiom nových chemických zlúčenín, ktoré sú založené na uzavretých uhlíkových molekulách a tiež študujú chemické procesy, na ktorých sa podieľajú. Je potrebné poznamenať, že z hľadiska koncepcií a výskumných metód sa táto oblasť chémie v mnohých ohľadoch zásadne líši od tradičnej chémie.

Fullerénová technológia zahŕňa spôsoby výroby fullerénov a ich rôzne aplikácie.

BIBLIOGRAFIA

1. Sokolov V. I., Stankevič I. V. Fullerény - nové alotropné formy uhlíka: štruktúra, elektrónová štruktúra a chemické vlastnosti / / Advances in Chemistry, vol. 62 (5), str. 455, 1993.

2. Nové smery vo výskume fullerénov//UFN, v. 164 (9), s. 1007, 1994.

3. Eletsky A.V., Smirnov B.M. Fullerény a štruktúry uhlíka//UFN, zv. 165 (9), str. 977, 1995.

4. Zolotukhin I.V. Fullerit je nová forma uhlíka // SOZH č. 2, s. 51, 1996.

5. Masterov V.F. Fyzikálne vlastnosti fullerénov / / SOZH č.1, str.92,1997.

6. Lozovik Yu.V., Popov A.M. Tvorba a rast uhlíkových nanoštruktúr - fullerény, nanočastice, nanorúrky a kužele//UFN, v. 167 (7), s. 151, 1997/

7. Eletsky A.V. .Uhlíkové nanorúrky//UFN, v.167(9), s.945, 1997.

8. Smalley R.E. Discovering fullerenes//UFN, v. 168 (3), str. 323, 1998.

9. Churilov G.N. Prehľad metód získavania fulerénov // Materiály 2. medziregionálnej konferencie s medzinárodnou účasťou "Ultrafinné prášky, nanoštruktúry, materiály", Krasnojarsk, KSTU, 5. - 7. októbra 1999,. s. 77-87.

10. Belov N.N. et al.. Štruktúra povrchu katódového nástavca vytvoreného počas syntézy fullerénov // Aerosols vol. 4f, N1, 1998, str. 25-29

11. S. M. Jarkov,. Titarenko Ya.N., Churilov G.N. Elektrónová mikroskopia skúma častice uhlíka FCC// Carbon, v. 36, č. 5-6, 1998, s. 595-597

12. Kashkin V.B., Rubleva T.V., Kashkina L.V., Mosin R.A. Digitálne spracovanie elektrónových mikroskopických obrazov uhlíkových častíc v sadze s obsahom fullerénu // Zborník z 2. medziregionálnej konferencie s medzinárodnou účasťou "Ultrafinné prášky, nanoštruktúry, materiály", Krasnojarsk, KSTU, 5.-7.10.1999. s. 91-92