Довгий шлях довелося пройти, перш ніж ми змогли запропонувати вам ці води.

Води SVETLAє продуктом численних досліджень Російських та Європейських вчених, присвячених вивченню застосування фулеренів у медицині для лікування, попередження захворювань та старіння організму людини.

Будучи унікальним засобом для комфортного життя, здоров'я і здоров'я, фулерени творять справжні дива. Основна їхня дія в нашому організмі - збирання та нейтралізація вільних радикалів (оксидантів), які руйнівно діють на клітини нашого організму. Фулерени не мають спрямованої лікувальної дії на певну хворобу чи орган, як у разі використання лікарських препаратів. Вони діють як довготривалий характер. Тим самим допомагаючи позбутися багатьох захворювань, і, що ще важливіше, попереджають їх виникнення.

У списку хвороб такі, як:





онкологічне захворювання


а

Саме цих хвороб, безпосередньо пов'язаних з атаками вільних радикалів, і допомагають позбавлятися антиоксиданти - фулерени. Не треба забувати про те, що ними збагачена вода, а вода сама по собі має дивовижні здібності та відіграє важливу роль в оздоровчому процесі людського організму. Як відомо, ми на 75% складаємося з води. Не заповнюючи її у своєму організмі, ми ризикуємо своїм здоров'ям. Так само дуже важливо пити воду чисту і правильну, що володіє правильним складом, не пропущену через фільтри (зворотний осмос), а справжню живу природну воду. Тільки вона несе в собі цілющу енергію для нашого організму.

Поєднуючи ці дві дуже важливі властивості - прийом чистої води та дія фулеренів, ви неодмінно досягнете дивовижних результатів на шляху до вашого здоров'я та довголіття.

«SVETLA» лікувально-їдальняпосилена додатковими ефектами, властивими воді «Країнська». Вона містить сульфати SO 4 – сприяють очищенню та нормалізації роботи печінки, жовчного міхура, жовчовивідних шляхів, підшлункової залози. Ця вода допоможе і в лікуванні хвороби стравоходу, сечовивідних.
шляхів, хронічного гастриту з нормальною та підвищеною секреторною функцією шлунка, виразковій хворобі шлунка, порушень обміну речовин та органів травлення після оперативних втручань.

ЯК ПРАВИЛЬНО ПИТИ.

Для досягнення найкращих результатів ми рекомендуємо пити обидві води протягом усього року, але чергуючи їх прийом помісячно – місяць п'ємо одну воду, другий місяць –
іншу. При цьому не забуваємо, що "SVETLA" мінеральна лікувально-їдальня п'ється по 200 - 250 мл. перед їдою (за 15-20 хвилин), а «SVETLA» питна – по 150-200 мл. за 0,5 години до їди. В обох випадках через 1,5 - 2,0 години після їди ми рекомендуємо додатково випивати склянку негазованої води BioVita або Stelmas.

Короткий та барвистий досвід, який відповідає на запитання «Як відрізнити активну воду від мертвої?» Порівнюємо зразок поширеної бутильованої води та воду Svetla. Для цього використовується підфарбований розчин канцероген, який імітує дію вільних радикалів.

Прискорюємо запис, щоб швидше побачити результат.

Як активність води Svetla може вплинути на наше здоров'я. Наш організм складається з трильйонів клітин, що живуть у міжклітинному просторі (МП), куди вода, а не кров, заносить харчування. Клітини, виробивши енергію, виносять у нього токсини, які так само надходять до нього і з кров'ю. МП завантажується, отруюється, втрачається енергетика, ми захворюємо. Токсини, як ви бачили, найбільш швидко подрібнює та виводить вода Svetla. МП очищається, клітини виробляють більше життєвої енергії, відбувається зміцнення імунітету, збільшується антивірусний захист, усувається ризик онкології та багато іншого.

Брудна клітка

Чиста клітина

Фулерени - це молекулярні сполуки, що належать класу алотропних модифікацій вуглецю, мають замкнуті каркасні структури, що складаються з трьох координованих атомів вуглецю і мають 12 п'ятикутних і (n/2 - 10) шестикутних граней (n≥20). Особливістю є те, що кожен п'ятикутник є сусідом тільки з шестикутниками .

Найбільш стійку форму має С 60 (бакмінстерфулерен), сферична порожниста структура якого складається з 20 гексагонів та 12 пентагонів.

Малюнок 1. Структура З 60

Молекула C 60 є атомами вуглецю, пов'язані один з одним ковалентним зв'язком. Цей зв'язок обумовлена ​​усуспільненням валентних електронів атомів. Довжина зв'язку С-С в пентагоні дорівнює 1,43 Ǻ, як і довжина сторони гексагону, що об'єднує обидві фігури, однак сторона, що з'єднує гексагони, становить приблизно 1,39 Ǻ.

У певних умовах молекули З 60 мають властивість упорядковуватися в просторі, вони розташовуються у вузлах кристалічної решітки, іншими словами, фулерен утворює кристал, званий фулерит. Щоб молекули 60 систематично розмістилися в просторі, як і їх атоми, вони повинні зв'язатися між собою. Даний зв'язок між молекулами в кристалі обумовлений наявністю слабкої ван-дер-ваальсової сили. Це пояснюється тим, що в електрично нейтральній молекулі негативний заряд електронів і позитивний заряд ядра розосереджені в просторі, внаслідок чого молекули здатні поляризувати один одного, іншими словами, вони призводять до зміщення в просторі центрів позитивного та негативного зарядів, що зумовлює їхню взаємодію.

Твердий C 60 при кімнатній температурі має гранецентровані кубічні грати, щільність яких становить 1,68 г/см 3 . При температурі нижче 0° відбувається трансформація в кубічні грати.

Ентальпія утворення фулерену-60 становить близько 42,5 кДж/моль. Даний показник відображає його малу стабільність порівняно з графітом (0 кДж/моль) та алмазом (1,67 кДж/моль). Варто відзначити, що зі збільшенням розмірів сфери (у міру збільшення кількості атомів вуглецю) ентальпія освіти асимптотично прагне ентальпії графіту, це пояснюється тим, що сфера все більше нагадує площину.

Зовні фулерени є дрібнокристалічні порошки чорного кольору, що не мають запаху. Вони практично нерозчинні у воді (H 2 O), етанолі (C 2 H 5 OH), ацетоні (C 3 H 6 O) та інших полярних розчинників, зате в бензолі (C 6 H 6), толуолі (C 6 H 5 − CH 3), фенілхлорид (C 6 H 5 Cl) розчиняються утворюючи забарвлені в червоно-фіолетовий колір розчини. Варто зазначити, що при додаванні краплі стиролу (C 8 H 8) до насиченого розчину C 60 в діоксані (C 4 H 8 O 2) відбувається миттєва зміна забарвлення розчину з жовто-коричневого забарвлення на червоно-фіолетове, у зв'язку з утворенням комплексу (Сольвата).

У насичених розчинах ароматичних розчинників фулерени при низьких температурах утворює осад - кристалосольват виду C 60 ·Xn, де X виступають бензол (C 6 H 6), толуол (C 6 H 5 −CH 3), стирол (C 8 H 8) , фероцен (Fe(C 5 H 5) 2) та інші молекули.

Ентальпія розчинення фулерену в більшості розчинників позитивна, при збільшенні температури розчинність, як правило, погіршується.

Дослідження фізичних і хімічних властивостей фулерену є актуальним явищем, тому що ця сполука все міцніше входить у наше життя. В даний час обговорюються ідеї використання фулеренів у створенні фотоприймачів та оптоелектронних пристроїв, каталізаторів росту, алмазних та алмазоподібних плівок, надпровідних матеріалів, а також як барвники для копіювальних машин. Фулерени застосовуються у синтезі металів та сплавів з покращеними властивостями.

Фулерени плануються у використанні в основі виробництва акумуляторних батарей. Принцип дії даних батарей заснований на реакції гідрування, вони багато в чому аналогічні широко поширеним акумуляторам на основі нікелю, проте, на відміну від останніх, мають здатність запасати в кілька разів більше питомої кількості водню. Крім того, подібні батареї мають більш високу ефективність, малу вагу, а також екологічну та санітарну безпеку в порівнянні з найбільш просунутими щодо цих якостей літійними акумуляторами. Фулеренові акумулятори можуть знайти широке застосування для живлення персональних комп'ютерів та слухових апаратів.

Значна увага приділяється проблемі використання фулеренів у галузі медицини та фармакології. Розглядається ідея створення протиракових медичних препаратів, основою яких будуть водорозчинні ендоедральні сполуки фулеренів із радіоактивними ізотопами.

Однак застосування фулеренів обмежується їх високою вартістю, яка обумовлена ​​трудомісткістю синтезу фулеренової суміші, а також багатостадійним виділенням з неї окремих компонентів.

Фуллерен — молекулярна сполука, що належить до класу алотропних форм вуглецю і є опуклими замкнутими багатогранниками, складеними з парного числа трьохкоординованих атомів вуглецю. Унікальна структура фулеренів обумовлює їх унікальні фізичні та хімічні властивості.

Інші форми вуглецю: графен, карбін, алмаз, фулерен, вуглецеві нанотрубки, «віскерси».

Опис та структура фулерену:

Фуллерен, бакібол, або букібол - молекулярна сполука, що належить до класу алотропних форм вуглецюі є опуклі замкнуті багатогранники, складені з парного числа трьохкоординованих атомів вуглецю .

Фулерени названі таким чином на ім'я інженера та архітектора Річарда Бакмінстера Фуллера, який розробив і побудував просторову конструкцію «геодезичного купола», що є напівсферою, зібраною з тетраедрів. Ця конструкція принесла Фуллер міжнародне визнання та популярність. Сьогодні за його розробками розробляються та будуються купольні будинки. Фуллерен за своєю структурою та формою нагадує зазначені конструкції Річарда Бакмінстера Фуллера.

Унікальна структура фулеренів обумовлює їх унікальні фізичні та хімічні властивості. У поєднанні з іншими речовинами вони дозволяють отримати матеріали з новими властивостями.

У молекулах фулеренів атоми вуглецюрозташовані у вершинах шести- та п'ятикутників, з яких складена поверхня сфери або еліпсоїда. Найбільш симетричний і найбільш повно вивчений представник сімейства фулеренів - фулерен (C 60), в якому вуглецеві атоми утворюють усічений ікосаедр, що складається з 20 шестикутниківі 12 п'ятикутників і футбольний м'яч (як ідеальна форма, що вкрай рідко зустрічається в природі).

Наступним за поширеністю є фулерен C 70 , який відрізняється від фулерену C 60 вставкою пояса з 10 атомів вуглецюв екваторіальну область C 60 в результаті чого молекула фулерену C 60 є витягнутою і нагадує своєю формою м'яч для гри в регбі.

Так звані вищі фулерени, що містять більше атомів вуглецю (до 400 і більше), утворюються в значно менших кількостях і часто мають досить складний ізомерний склад. Серед найбільш вивчених вищих фулеренів можна виділити C n, де n= 74, 76, 78, 80, 82 та 84.

Зв'язок між вершинами, ребрами та гранями фулерену може бути виражений математичною формулою згідно з теоремою Ейлера для багатогранників:

В - Р + Г = 2,

де В – число вершин опуклого багатогранника, Р – число його ребер та Г – число граней.

Необхідною умовою існування опуклого багатогранника згідно з теоремою Ейлера (і відповідно існування фулерену з певною структурою і формою) є наявність рівно 12 п'ятикутних граней і В /2 — 10 граней.

Можливість існування фулерену була передбачена японськими вченими у 1971 році, теоретично обґрунтування було зроблено радянськими вченими у 1973 році. Вперше фуллерен був синтезований 1985 р. у США.

Практично весь фулерен отримують штучним шляхом. У природі він міститься у дуже малих кількостях. Він утворюється при горінні природного газу та розряді блискавки, а також міститься в дуже малих кількостях у шунгітах, фульгуритах, метеоритах та донних відкладах, вік яких досягає 65 мільйонів років.

З'єднання фулерену:

Фуллерен легко входить у сполуки коїться з іншими хімічними елементами. В даний час на основі фулеренів вже синтезовано понад 3 тисячі нових і похідних сполук.

Якщо до складу молекули фулерену, крім атомів вуглецю, входять атоми інших хімічних елементів, то, якщо атоми інших хімічних елементів розташовані всередині каркасу вуглецю, такі фулерени називаються ендоедральними, якщо зовні - екзоедральними.

Переваги та властивості фулерену:

- матеріали із застосуванням фулеренів мають підвищену міцність, зносостійкість, термо- і хемостабільність і зменшену стирання,

– механічні властивості фулеренів дозволяють використовувати їх як високоефективне антифрикаційне тверде мастило. На поверхнях контртіл вони утворюють захисну фуллерено-полімерну плівку товщиною десятки і сотні нанометрів, яка захищає від термічної та окисної деструкції, збільшує час життя вузлів тертя в аварійних ситуаціях у 3-8 разів, збільшує термостабільність мастил до 400-500 °C та несучу здатність вузлів тертя в 2-3 рази, розширює робочий інтервал тисків вузлів тертя в 1,5-2 рази, зменшує час приробітку контртіл,

- фулерени здатні полімеризуватися і утворювати тонкі плівки,

- різке зниження прозорості розчину фулеренів при перевищенні інтенсивності оптичного випромінювання деякого критичного значення за рахунок нелінійних оптичних властивостей,

- можливість використання фулеренів як основи для нелінійних оптичних затворів, що застосовуються для захисту оптичних пристроїв від інтенсивного оптичного опромінення,

- фулерени мають здатність виявляти властивості антиоксиданту або окислювача. В якості антиоксидантіввони перевершують дію всіх відомих антиоксидантів у 100 - 1000 разів. Були проведені досліди на щурах, яких годували фулеренами в оливковій олії. При цьому щури жили вдвічі довше за звичайні, і, до того ж, демонстрували підвищену стійкість до дії токсичних факторів,

– є напівпровідником із шириною забороненої зони ~1.5 еВта його властивості багато в чому аналогічні властивостям інших напівпровідників,

- фулерени С60, виступаючи як ліганд, взаємодіють з лужними та деякими іншими металами. При цьому утворюються комплексні сполуки складу Ме 3 С60, що мають властивості надпровідників.

Властивості молекули фулерену*:

* стосовно фулерену С60.

Отримання фулеренів:

Основними способами отримання фулеренів вважаються:

- Спалювання графітових електродів в електричній дузі в атмосфері гелію при низьких тисках,

– ліки та фармацевтичні препарати,

- Геомодифікатори тертя,

- Косметика,

– як добавка для отримання синтетичних алмазівметодом високого тиску. Вихід алмазів збільшується на 30%,

Автоматична система машинного доїння корів...

Квантовий комп'ютер

Електробус із динамічною підзарядкою.

Захищений ноутбук на базі процесора Ельбрус-1С+.

Гнучкий камінь

Найбільш ефективний спосіб отримання фулеренів заснований на термічному розкладі графіту. При помірному нагріванні графіту розривається зв'язок між окремими шарами графіту, але не відбувається розкладання матеріалу, що випаровується на окремі атоми. При цьому шар, що випаровується, складається з окремих фрагментів, що являють собою комбінацію шестикутників. З цих фрагментів і відбувається побудова молекули С60 та інших фулеренів. Для розкладання графіту при отриманні фулеренів використовуються резистивне і високочастотне нагрівання графітового електрода, спалювання вуглеводнів, лазерне опромінення поверхні графіту, випаровування графіту сфокусованим сонячним променем. Ці процеси проводяться в буферному газі, якою зазвичай використовується гелій. Найчастіше для отримання фулеренів застосовується дуговий розряд з графітовими електродами гелієвої атмосфери. Основна роль гелію пов'язана з охолодженням фрагментів, які мають високий рівень коливального збудження, що перешкоджає їх об'єднанню в стабільні структури. Оптимальний тиск гелію знаходиться в діапазоні 50-100 торр.

Основа методу проста: між двома графітовими електродами запалюється електрична дуга, де випаровується анод. На стінках реактора осаджується сажа, що містить від 1 до 40% (залежно від геометричних та технологічних параметрів) фулеренів. Для екстракції фулеренів з сажі фуллеренсодержащих, сепарації та очищення використовуються рідинна екстракція і колонкова хроматографія. На першій стадії сажа обробляється неполярним розчинником (толуол, ксилол, сірковуглець). Ефективність екстракції забезпечується застосуванням апарату Сокслета чи обробкою ультразвуком. Отриманий розчин фулеренів відокремлюється від осаду фільтруванням і центрифугуванням, розчинник відганяють або випаровують. Твердий осад містить суміш фулеренів, різною мірою сольватованих розчинником. Поділ фулеренів на окремі сполуки проводять методами колонкової рідинної хроматографії або рідинної хроматографії високого тиску. Повне видалення залишку розчинника з твердого зразка фулерену здійснюється шляхом витримування за температури 150-250 °С в умовах динамічного вакууму протягом декількох годин. Подальше підвищення ступеня чистоти досягається під час сублімації очищених зразків.

8. Перспективи практичного використання фулеренів та фулеритів

Відкриття фулеренів вже призвело до створення нових розділів фізики твердого тіла та хімії (стереохімії). Активно досліджується біологічна активність фулеренів та їх похідних. Показано, що представники цього класу здатні інгібувати різні ферменти, викликати специфічне розщеплення молекул ДНК, сприяти перенесенню електронів через біологічні мембрани, брати активну участь у різних окислювально-відновних процесах в організмі. Розпочато роботи з вивчення метаболізму фулеренів, особлива увага приділяється противірусним властивостям. Показано, зокрема, деякі похідні фулеренів здатні інгібувати протеазу вірусу СНІДу. Широко обговорюється ідея створення протиракових медичних препаратів на основі водорозчинних ендоедральних сполук фулеренів із радіоактивними ізотопами. Але тут ми торкнемося в основному перспектив застосування фулеренових матеріалів у техніці та електроніці.

Можливість отримання надтвердих матеріалів та алмазів.Великі надії покладаються на спроби використовувати фулле-рен, що має часткову sp^3-гібридизацію, як вихідну сировину, що замінює графіт при синтезі алмазів, придатних для технічного використання. Японські дослідники, що вивчали вплив тиску на фулерен в діапазоні 8-53 гПа, показали, що перехід фулерен-алмаз починається при тиску 16 гПа і температурі 380 К, що значно нижче, ніж

для переходу графіт-алмаз. Було показано можливість отримання

великих (до 600-800 мкм) алмазів за нормальної температури 1000 °З повагою та тисках до 2 ГПа. Вихід великих алмазів досягав 33 вагу. %. Лінії романівського розсіювання при частоті 1331 см-1 мали ширину 2 см-1 що вказує на високу якість отриманих алмазів. Активно досліджується також можливість отримання надтвердих полімеризованих фуллеритових тисків фаз.

Фулерени як прекурсори для зростання алмазних плівок і карбіду кремнію.Плівки широкозонних напівпровідників, таких як алмаз і карбід кремнію, перспективні для використання у високотемпературній, високошвидкісній електроніці та оптоелектроніці, що включає ультрафіолетовий діапазон. Вартість таких приладів залежить від розвитку хімічних методів осадження (CVD) широкозонних плівок та сумісності цих методів зі стандартною технологією кремнію. Основна проблема у вирощуванні алмазних плівок - це направити реакцію переважно шляхом утворення фази sp^3, ане sp^2. Є ефективним використання фулеренів у двох напрямках: підвищення швидкості формування алмазних центрів зародка утворення на підкладці та використання як відповідних «будівельних блоків» для вирощування алмазів у газовій фазі. Показано, що у мікрохвильовому розряді відбувається фрагментація С60 на С2, які є відповідними матеріалами для зростання алмазних кристалів. «MER Corporation» отримала алмазні плівки високої якості зі швидкістю зростання 0.6 мкм/год, використовуючи фулерени як прекурсори росту та зародка. Автори пророкують, що така висока швидкість зростання значно знизить вартість CVD-алмазів. Значною перевагою є і те, що фулерени полегшують процеси узгодження параметрів решітки при гетероепітаксії, що дозволяє використовувати як підкладки ІЧ-матеріали.

Нині існуючі процеси одержання карбіду кремнію вимагають використання температур до 1500 ° С, що погано сумісне зі стандартною технологією кремнію. Але, використовуючи фулерени, карбід кремнію вдається отримати шляхом осадження плівки С60 кремнієву підкладку з подальшим відпалом при температурі не вище 800 - 900 °С зі швидкістю зростання 0.01 нм/с на Si-підкладці.

Фулерени як матеріал для літографії.Завдяки здатності полімеризуватися під дією лазерного або електронного променя і утворювати при цьому нерозчинну в органічних розчинниках фазу перспективне їх застосування як резист для субмікронної літографії. Фулеренові плівки при цьому витримують значне нагрівання, не забруднюють підкладку, допускають сухий прояв.

Фулерени як нові матеріали для нелінійної оптики.Фуллеренсодержащие матеріали (розчини, полімери, рідкі сильно нелінійних оптичних властивостей перспективні застосування як оптичних обмежувачів (ослаблювачів) інтенсивного лазерного випромінювання; фоторефрактивних середовищ для запису динамічних голограм; частотних перетворювачів; пристроїв фазового сполучення.

Найбільш вивченою областю є створення оптичних обмежувачів потужності на основі розчинів та твердих розчинів С60. Ефект нелінійного обмеження пропускання починається приблизно з 0.2 - 0.5 Дж/см2, рівень насиченого оптичного пропускання відповідає 0.1 - 0.12 Дж/см 2 . При збільшенні концентрації у розчині рівень обмеження щільності енергії знижується. Наприклад, при довжині шляху у зразку 10 мм (колімований пучок) і концентраціях розчину С60 в толуолі 1*10^-4, 1.65*10^-4 та 3.3*10^-4 М насичене пропускання оптичного обмежувача виявлялося рівним 320, 165 45 мДж/см 2 відповідно. Показано, що на довжині хвилі 532 нм за різної тривалості імпульсу т (500 фс, 5 пс, 10 не) нелінійно-оптичне обмеження проявляється при щільності енергії 2, 9 і 60 мДж/см2. При великих щільностях енергії, що вводиться (більше 20 Дж/см^2) додатково до ефекту нелінійного насиченого поглинання з збудженого рівня спостерігається дефокусування пучка в зразку, пов'язана з нелінійним поглинанням, підвищенням температури зразка і зміною показника заломлення в області проходження пучка. Для вищих фулеренів межа спектрів поглинання зрушується в область великих довжин хвиль, що дозволяє отримати оптичне обмеження на л = 1064 мкм.

Для створення твердотільного оптичного обмежувача суттєвою є можливість введення фулеренів у твердотільну матрицю за збереження молекули як цілого та утворення гомогенного твердого розчину. Необхідний також підбір матриці, що має високу променеву стійкість, хорошу прозорість і високу оптичну якість. Як твердотільні матриці застосовуються полімери і склоподібні матеріали. Повідомляється про успішне приготування твердого розчину С60 SiO 2 на основі використання золь-гель-технології. Зразки мали оптичне обмеження на рівні 2-3 мДж/см2 і поріг руйнування більше 1 Дж/сv2. Описано також оптичний обмежувач на полістирольній матриці і показано, що в цьому випадку ефект оптичного обмеження в 5 разів краще, ніж С60 в розчині. При введенні фулеренів у лазерні фосфатні скла показано, що фулерени С60 і С70 у стеклах не руйнуються і механічна міцність допованих фулеренами стекол виявляється вищою, ніж чистих.

Цікавим застосуванням нелінійно-оптичного обмеження потужності випромінювання є використання фулеренів в резонаторі лазерів для придушення режиму пічки при самосинхронізації мод. Висока спепень нелінійності середовища з фулеренами може бути використана як бістабільний елемент для стиснення імпульсу наносекундної області тривалостей.

Наявність в електронній структурі фулеренів пі-Електронних систем призводить, як відомо, до великої величини нелінійної сприйнятливості, що передбачає можливість створення ефективних генераторів третьої оптичної гармоніки. Наявність ненульових компонентів тензора нелінійної сприйнятливості х (3) є необхідною умовою для здійснення процесу генерації третьої гармоніки, але для його практичного використання з ефективністю, що становить десятки відсотків, необхідна наявність фазового синхронізму в середовищі. Ефективна генерація

може бути отримана в шаруватих структурах із квазісинхронізмом взаємодіючих хвиль. Шари, що містять фулерен, повинні мати товщину, рівну когерентній довжині взаємодії, а шари, що їх розділяють, з практично нульовою кубічною сприйнятливістю - товщину, що забезпечує зсув фази на піміж випромінюванням основної частоти та третьої гармоніки.

Фулерени як нові напівпровідникові та наноконструкційні матеріали.Фулерити як напівпровідники із забороненою зоною близько 2 еВ можна використовувати для створення польового транзистора, фотовольтаїчних приладів, сонячних батарей, та приклади такого використання є. Однак вони навряд чи можуть конкурувати за параметрами зі звичайними приладами з розвиненою технологією на основі Si або GaAs. Набагато перспективнішим є використання фулеренової молекули як готового нанорозмірного об'єкта для створення приладів та пристроїв наноелектроніки на нових фізичних принципах.

Молекулу фулерену, наприклад, можна розміщувати на поверхні підкладки заданим чином, використовуючи скануючий тунельний (СТМ) або атомний силовий (АСМ) мікроскоп, і використовувати це як спосіб запису інформації. Для зчитування інформації використовується сканування поверхні тим самим зондом. При цьому 1 біт інформації - наявність або відсутність молекули діаметром 0.7 нм, що дозволяє досягти рекордної щільності запису інформації. Такі експерименти проводяться на фірмі Bell. Цікаві для перспективних пристроїв пам'яті та ендоедральні комплекси рідкісноземельних елементів, таких як тербій, гадоліній, диспрозій, що мають великі магнітні моменти. Фуллерен, всередині якого знаходиться такий атом, повинен мати властивості магнітного диполя, орієнтацією якого можна керувати зовнішнім магнітним полем. Ці комплекси (у вигляді субмоношарової плівки) можуть служити основою магнітного запам'ятовуючого середовища із щільністю запису до 10^12 біт/см^2 (для порівняння оптичні диски дозволяють досягти поверхневої щільності запису 10^8 біт/см^2).

Малюнок 12 . Принципова схема одномолекулярного транзистора на молекулі С60

Були розроблені фізичні принципи створення аналога транзистора на одній молекулі фулерену, який може бути підсилювачем наноамперного діапазону ( Мал. 12). Два точкові наноконтакти розташовані на відстані близько 1-5 нм по одну сторону молекули С60. Один із електродів є витоком, інший відіграє роль стоку. Третій електрод (сітка) являє собою маленький п'єзоелектричний кристал і підводиться на ван-дер-ваальсову відстань по інший бік молекули. Вхідний сигнал подається на п'єзоелемент (вістря), що деформує молекулу, розташовану між електродами - витоком і стоком, і модулює провідність інтрамолекулярного переходу. Прозорість молекулярного каналу токопротекания залежить від ступеня розмиття хвильових функцій металу області фуллереновой молекули. Проста модель цього транзисторного ефекту - тунельний бар'єр, висота якого модулюється незалежно від його ширини, тобто молекула С60 використовується як природний тунельний бар'єр. Передбачувані переваги такого елемента - малі розміри і дуже короткий час прольоту електронів у тунельному режимі порівняно з балістичним випадком, отже, вища швидкодія активного елемента. Розглядається можливість інтеграції, т. е. створення більш як одного активного елемента на молекулу С60.

Вуглецеві наночастинки та нанотрубки

Слідом за відкриттям фулеренів С60 і С70 при дослідженні продуктів, одержуваних при згорянні графіту в електричній дузі або потужному лазерному промені, були виявлені частинки, що складаються з атомів вуглецю, що мають правильну форму та розміри від десятків до сотень нанометрів і тому отримали назву крім фулеренів ще й наночасток .

Виникає питання, чому так довго не могли відкрити фулерени, що виходять з такого поширеного матеріалу, як графіт? Існують дві основні причини: по-перше, ковалентний зв'язок атомів вуглецю дуже міцний: щоб його розірвати, необхідні температури вище 4000 ° С; по-друге, для їх виявлення потрібна дуже складна апаратура - електронні мікроскопи, що просвічують, з високою роздільною здатністю. Як тепер відомо, наночастинки можуть мати найхимерніші форми. Були представлені різні вуглецеві утворення як відомих форм. З практичної точки зору для наноелектроніки, яка зараз приходить на зміну мікроелектроніці, найбільший інтерес представляють нанотруби. Ці вуглецеві утворення були відкриті в 1991 японським ученим С. Іджима. Нанотруби є кінцевими графітовими площинами, згорнутими у вигляді циліндра, вони можуть бути з відкритими кінцями або з закритими. Ці освіти цікаві і з суто наукової погляду, як модель одновимірних структур. Справді, нині виявлені одношарові нанотруби діаметром 9 А (0,9 нм). На бічній поверхні атоми вуглецю, як і в графітової площині, розташовуються у вузлах шестикутників, але в чашках, які закривають циліндри з торців, можуть існувати п'ятикутники і трикутники. Найчастіше нанотруби формуються як коаксіальних циліндрів.

Основною складністю при дослідженні властивостей нанотрубних утворень є те, що в даний час їх не вдається одержати в макроскопічних кількостях так, щоб осі аксіальні труб були сонаправлены. Як зазначалося, нанотруби малого діаметра служать чудовою моделлю для досліджень особливостей одномірних структур. Очікується, що нанотруби, подібно до графіту, добре проводять електричний струм і, можливо, є надпровідниками. Дослідження у цих напрямках – справа найближчого майбутнього.

ФУЛЕРЕНИ – НОВА АЛОТРОПНА ФОРМА ВУГЛЕЦЮ

1. ТЕОРЕТИЧНИЙ РОЗДІЛ

1.1. Відомі алотропні форми вуглецю

Донедавна було відомо, що вуглець утворює три алотропні форми: – алмаз, графіт та карбін. Алотропія, від грец. Allos - інший, tropos - поворот, властивість, існування одного і того ж елемента у вигляді різних за властивостями та будовою структур В даний час відома четверта алотропна форма вуглецю, так званий фулерен (багатоатомні молекули вуглецю С n).

Походження терміна "фуллерен" пов'язане з ім'ям американського архітектора Річарда Букмінстера Фуллера, котрий конструював напівсферичні архітектурні конструкції, що перебувають у вигляді шестикутників та п'ятикутників.

У середині 60-х років Девід Джонс конструював замкнуті сфероїдальні клітини зі своєрідним чином згорнутих графітових шарів. Було показано, що в якості дефекту, впровадженого в гексагональну решітку звичайного графіту, що призводить до утворення складної викривленої поверхні, може бути п'ятикутник.

На початку 70-х років фізхімік-органік Є. Осава припустив існування порожнистої, високосиметричної молекули С 60 зі структурою у вигляді усіченого ікосаедра, схожої на футбольний м'яч. Трохи згодом (1973 р.) російські вчені Д.А. Бочвар та Є.Г. Гальперин зробили перші теоретичні квантово-хімічні розрахунки такої молекули та довели її стабільність.

У 1985 році, колективу вчених: Г.Крото (Англія, Сасекський університет), Хіт, 0"Брайєн, Р.Ф.Керл і Р. Смоллі (США, Університет Раїса) вдалося виявити молекулу фулерену при дослідженні мас-спектрів парів графіту після лазерного опромінення твердого зразка

Перший спосіб отримання та виділення твердого кристалічного фулерену було запропоновано у 1990 р. В.Кречмером та Д.Хафманом з колегами в інституті ядерної фізики у м. Гейдельберзі (Німеччина).

У 1991 році японський вчений Іджіма на полярному іонному мікроскопі вперше спостерігав різні структури, складені, як і у випадку графіту, із шестичленних кілець вуглецю: нанотрубки, конуси, наночастинки.

У 1992 у природному вуглецевому мінералі – шунгите (свою назву цей мінерал отримав від назви селища Шуньга в Карелії) було виявлено природні фулерени.

У 1997 року Р.Е.Смолли, Р.Ф.Керл,Г.Крото отримали Нобелівську премію з хімії вивчення молекул З 60 , мають фору усіченого икосаэдра.

Розглянемо структуру алотропних форм вуглецю: алмазу, графіту та карбину.

Алмаз -Кожен атом вуглецю у структурі алмазу розташований у центрі тетраедра, вершинами якого є чотири найближчих атоми. Сусідні атоми пов'язані між собою ковалентними зв'язками (sp3-гібридизація). Така структура визначає властивості алмазу як найтвердішої речовини, відомої на Землі.

Графітзнаходить широке застосування у найрізноманітніших сферах людської діяльності, від виготовлення олівцевих грифелів до блоків уповільнення нейтронів у ядерних реакторах. Атоми вуглецю в кристалічній структурі графіту пов'язані між собою міцними ковалентними зв'язками (sp 2 - гібридизація) і формують шестикутні кільця, що у свою чергу утворюють міцну та стабільну сітку, схожу на бджолині стільники. Сітки розташовуються один над одним шарами. Відстань між атомами, розташованими у вершинах правильних шестикутників, дорівнює 0,142 нм., між шарами – 0,335 нм. Шари слабо пов'язані між собою. Така структура - міцні шари вуглецю, що слабко пов'язані між собою, визначає специфічні властивості графіту: низьку твердість і здатність легко розшаровуватися на дрібні лусочки.

Карбінконденсується у вигляді білого вуглецевого осаду на поверхні при опроміненні пірографіту лазерним пучком світла. Кристалічна форма карбину складається з паралельно орієнтованих ланцюжків вуглецевих атомів з sp-гібридизацією валентних електронів у вигляді прямолінійних макромолекул поліїнового (-С=С-С=С-...) або кумуленового (=С=С=С=...) типів .

Відомі інші форми вуглецю, такі як аморфний вуглець, білий вуглець (чаоіт) і т.д. Але всі ці форми є композитами, тобто сумішшю малих фрагментів графіту та алмазу.

1.2.Геометрія молекули фулерену та кристалічні грати фулериту

Рис.3 Молекула фулерену З 6 0

На противагу алмазу, графіту і карбіну, фулерен є новою формою вуглецю по суті. Молекула 60 містить фрагменти з п'ятикратною симетрією (пентагони), які заборонені природою для неорганічних сполук. Тому слід визнати, що молекула фулерену є органічною молекулою, а кристал, утворений такими молекулами ( фулерит) – це молекулярний кристал, що є сполучною ланкою між органічною та неорганічною речовиною.

З правильних шестикутників легко викладається пласка поверхня, проте ними не може бути сформована замкнута поверхня. Для цього необхідно частину шестикутних кілець розрізати та з розрізаних частин сформувати п'ятикутники. У фулерені плоска сітка шестикутників (графітова сітка) згорнута та зшита у замкнуту сферу. При цьому частина шестикутників перетворюється на п'ятикутники. Утворюється структура - усічений ікосаедр, який має 10 осей симетрії третього порядку, осей симетрії п'ятого порядку. Кожна вершина цієї фігури має трьох найближчих сусідів.Кожен шестикутник межує з трьома шестикутниками і трьома п'ятикутниками, а кожен п'ятикутник межує тільки з шестикутниками. Атоми вуглецю, що утворюють сферу, пов'язані між собою сильним ковалентним зв'язком. Товщина сферичної оболонки 0,1 нм,радіус молекули 60 0,357 нм. Довжина зв'язку С-С у п'ятикутнику – 0,143 нм, у шестикутнику – 0,139 нм.

Молекули вищих фулеренів З 70 З 74, З 76, З 84, З 164, З 192, З 216, також мають форму замкнутої поверхні.

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

Кристалічний фулерен, який був названий фулеритом, має гранецентровану кубічну решітку (ГЦК), просторову групу (Fm3m). Число найближчих сусідів у ГЦК ґратах фуллериту –12.

Між молекулами С60 в кристалі фуллериту існує слабкий зв'язок Ван-дер-Ваальса. Методом ядерного магнітного резонансу було доведено, що при кімнатній температурі молекули 60 обертаються навколо положення рівноваги з частотою 10 12 1/с. При зниженні температури обертання сповільнюється. При 249К у фулериті спостерігається фазовий перехід першого роду, при якому ГЦК грати (пр. гр.Fm3m) перетворюються на просту кубічну (пр.гр. РаЗ). При цьому обсяг фулдериту зростає на 1%. Кристал фуллериту має щільність 1,7 г/см 3 значно менше щільності графіту (2,3 г/см 3) і алмазу (3,5 г/см).

Молекула С 60 зберігає стабільність в інертній атмосфері аргону до температур близько 1700 К. У присутності кисню при 500 К спостерігається значне окислення з утворенням СО і CO 2 . При кімнатній температурі окиснення відбувається при опроміненні фотонами з енергією 0,55 еВ. що значно нижче енергії фотонів видимого світла (1,54 еВ). Тому чистий фулерит необхідно зберігати у темряві. Процес, що триває кілька годин, призводить до руйнування ГЦК- ґрат фулериту та утворення неупорядкованої структури, в якій на вихідну молекулу Сбо припадає 12 атомів кисню. При цьому фулерени повністю втрачають свою форму.

1.3. Отримання фулеренів

Найбільш ефективний спосіб отримання фулеренів заснований на термічному розкладі графіту. Використовується як електролітичне нагрівання графітового електрода, так і лазерне опромінення поверхні графіту. 4 показано схему установки для отримання фулеренів, яку використовував В.Кретчмер. Розпилення графіту здійснюється при пропусканні через електроди струму з частотою 60 Гц, величина струму від 100 до 200 А, напруга 10-20 В. Регулюючи натяг пружини, можна домогтися, щоб основна частина потужності, що підводиться виділялася в дузі, а не в графітовому стержні. Камера заповнюється гелієм, тиск 100 Тор. Швидкість випаровування графіту у цій установці може досягати 10г/В. У цьому поверхню мідного кожуха, охолоджуваного водою, покривається продуктом випаровування графіту, тобто. графітової сажею. Якщо одержуваний порошок зіскребти і витримати протягом кількох годин у киплячому толуолі, виходить темно-бура рідина. При випарюванні її у випарнику, що обертається, виходить дрібнодисперсний порошок, вага його становить не більше 10% від ваги вихідної графітової сажі., в ньому міститься до 10% фулеренів З 60 (90%) і З 70 (10%). отримав назву "фулеренова дуга".

В описаному способі одержання фулеренів гелій відіграє роль буферного газу. Атоми гелію найбільш ефективно порівняно з іншими атомами «гасять» коливальні рухи збуджених вуглецевих фрагментів, що перешкоджають їх об'єднанню у стабільні структури. Крім того, атоми гелію забирають енергію, що виділяється при об'єднанні вуглецевих фрагментів. Досвід показує, що оптимальний тиск гелію знаходиться в діапазоні 100 тор. При вищих тисках агрегація фрагментів вуглецю утруднена.

Рис.4. Схема установки для отримання фулеренів.

1 – графітові електроди;

2 - мідна шина, що охолоджується; 3 – мідний кожух,

4 – пружини.

Зміна параметрів процесу конструкції установки веде до зміни ефективності процесу складу продукту. Якість продукту підтверджується як мас-спектрометричними вимірами, так і іншими методами (ядерний магнітний резонанс, електронний парамагнітний резонанс, ІЧ-спектроскопія та ін.)

Огляд існуючих в даний час способів отримання фулеренів та пристроїв установок, в яких отримують для отримання різних фулеренів наведено в роботі Г.Н.Чурилова.

Методи очищення та детектування

Найбільш зручний і широко поширений метод екстракції фулеренів з продуктів термічного розкладання графіту (терміни: фулерен-містить конденсат, фулерен-містить сажа), а також подальшої сепарації та очищення фулеренів, заснований на використанні розчинників і сорбентів.

Цей метод включає кілька стадій. На першій стадії фулерен містить сажа обробляється за допомогою неполярного розчинника, в якості якого використовуються бензол, толуол та інші речовини. При цьому фулерени, що мають значну розчинність у зазначених розчинниках, відокремлюються від нерозчинної фракції, вміст якої в фулерен містить фазі становить зазвичай 70-80%. Типове значення розчинності фулеренів у розчинах, що використовуються для їх синтезу, становить кілька десятих часток мольного відсотка. Випарювання отриманого таким чином розчину фулеренів призводить до утворення чорного полікристалічного порошку, що є сумішшю фулеренів різного сорту. Типовий мас спектр подібного продукту показує, що екстракт фулеренів на 80 - 90% складається з 60 і на 10 -15% з 70 . Крім того, є невелика кількість (на рівні часток відсотка) вищих фулеренів, виділення яких з екстракту представляє досить складне технічне завдання. Екстракт фулеренів, розчинений в одному з розчинників, пропускається через сорбент, в якості якого може бути використаний алюміній, активоване вугілля або оксиди (Al 2 O 3 , SiO 2) з високими сорбційними характеристиками. Фулерени збираються цим металом, а потім екстрагуються з нього за допомогою чистого розчинника. Ефективність екстракції визначається поєднанням сорбент-фулерен-розчинник і зазвичай при використанні певного сорбенту та розчинника помітно залежить від типу фулерену. Тому розчинник, пропущений через сорбент з сорбованим у ньому фулерен, екстрагує з сорбенту по черзі фулерени різного сорту, які тим самим можуть бути легко відокремлені один від одного. Подальший розвиток описаної технології отримання сепарації та очищення фулеренів, заснованої на електродуговому синтезі фуллерено-содержащей сажі та її подальшому розділенні за допомогою сорбентів і розчинників, призвело до створення установок, що дозволяють синтезувати 60 в кількості одного грама на годину.

1.4.Властивості фулеренів

Кристалічні фулерени і плівки є напівпровідниками з шириною забороненої зони 1,2-1,9 еВ і мають фотопровідність. При опроміненні видимим світлом електричний опір кристала фулериту зменшується. Фотопровідність мають не тільки чистий фулерит, але і його різні суміші з іншими речовинами. Було виявлено, що додавання атомів калію плівки З 60 призводить до появи надпровідності при 19 До.

Молекули фулеренів, у яких атоми вуглецю пов'язані між собою як одинарними, і подвійними зв'язками, є тривимірними аналогами ароматичних структур. Маючи високу електронегативність, вони виступають у хімічних реакціях як сильні окислювачі. Приєднуючи себе радикали різної хімічної природи, фулерени здатні утворювати широкий клас хімічних сполук, які мають різними фізико-хімічними властивостями. Так, нещодавно отримані плівки поліфулерену, в яких молекули 60 пов'язані між собою не ван-дер-ваальсовським, як у кристалі фуллериту, а хімічною взаємодією. Ці плівки, що мають пластичні властивості, є новим типом полімерного матеріалу. Цікаві результати досягнуті у напрямі синтезу полімерів на основі фулеренів. При цьому фулерен С 60 служить основою полімерного ланцюга, а зв'язок між молекулами здійснюється за допомогою бензольних кілець. Така структура отримала образну назву "нитка перлів".

Приєднання до 60 радикалів, що містять метали платинової групи, дозволяє отримати феромагнітні матеріали на основі фулерену. В даний час відомо, що більше третини елементів періодичної таблиці можуть бути поміщені всередину молекули. З 60 . Є повідомлення про впровадження атомів лантану, нікелю, натрію, калію, рубідії, цезію, атомів рідкісноземельних елементів, таких як тербій, гадоліній та диспрозій.

Різноманітність фізико-хімічних та структурних властивостей сполук на основі фулеренів дозволяє говорити про хімію фулеренів як про новий перспективний напрямок органічної хімії.

1.5. Застосування фулеренів

В даний час у науковій літературі обговорюються питання використання фулеренів для створення фотоприймачів та оптоелектронних пристроїв, каталізаторів росту, алмазних та алмазоподібних плівок, надпровідних матеріалів, а також як барвники для копіювальних машин. Фулерени застосовуються для синтезу металів та сплавів з новими властивостями.

Фулерени планують використовувати як основу для виробництва акумуляторних батарей. Ці батареї, принцип дії яких заснований на реакції приєднання водню, багато в чому аналогічні широко поширеним нікелевим акумуляторам, однак, на відміну від останніх, здатність запасати приблизно в п'ять разів більше питома кількість водню. Крім того, такі батареї характеризуються більш високою ефективністю, малою вагою, а також екологічною та санітарною безпекою порівняно з найбільш просунутими щодо цих якостей акумуляторами на основі літію. Такі акумулятори можуть знайти широке застосування для живлення персональних комп'ютерів та слухових апаратів.

Розчини фулеренів у неполярних розчинниках (сірковуглець, толуол, бензол, тетрахлорметан, декан, гексан, пентан) характеризуються нелінійними оптичними властивостями, що проявляється, зокрема, у різкому зниженні прозорості розчину за певних умов. Це відкриває можливість використання фулеренів як основи оптичних затворів-обмежувачів інтенсивності лазерного випромінювання.

Виникає перспектива використання фулеренів як основи для створення запам'ятовуючого середовища з надвисокою щільністю інформації. Фулерени можуть знайти застосування як присадки для ракетних палив, мастильного матеріалу.

Велика увага приділяється проблемі використання фулеренів у медицині та фармакології. Обговорюється ідея створення протиракових медичних препаратів на основі водорозчинних ендоедральних сполук фулеренів з радіоактивними ізотопами. ( Ендоедральні сполуки – це молекули фулеренів, усередині яких вміщено один або більше атомів будь-якого елемента). Знайдено умови синтезу противірусних та протиракових препаратів на основі фулеренів.Одна з труднощів при вирішенні цих проблем – створення водорозчинних нетоксичних сполук фулеренів, які могли б вводитися в організм людини та доставлятися кров'ю до органу, що підлягає терапевтичному впливу.

Застосування фулеренів стримується їх високою вартістю, що складається з трудомісткості отримання фулеренової суміші та виділення з неї окремих компонентів.

1.6.Вуглецеві нанотрубки

Структура нанотрубок

Поряд із сфероїдальними вуглецевими структурами можуть утворюватися також і протяжні циліндричні структури, так звані нанотрубки, які відрізняються широкою різноманітністю фізико-хімічних властивостей.

Ідеальна нанотрубка є згорнуту в циліндр графітову площину, тобто. поверхню, викладену правильними шестикутниками, у вершинах яких розташовані атоми вуглецю..).

Параметр, що вказує на координати шестикутника, який в результаті згортання площини повинен збігтися з шестикутником, що знаходиться на початку координат, називається хіральністю нанотрубки і позначається набором символів (т, п). Хіральність нанотрубки визначає її електричні характеристики.

Як показали спостереження, виконані за допомогою електронних мікроскопів, більшість нанотрубок складаються з декількох графітових шарів або вкладених один в інший, або навитих на загальну вісь.

Одношарові нанотрубки

на Мал. 4представлена ​​ідеалізована модель одношарової нанотрубки. Така трубка закінчується напівсферичними вершинами, що містять поряд.

з правильними шестикутниками, а також по шість правильних п'ятикутників. Наявність п'ятикутників на кінцях трубок дозволяє розглядати їх як граничний випадок молекул фулеренів, довжина поздовжньої осі яких значно перевищує їх діаметр.

Структура одношарових нанотрубок, що спостерігаються експериментально, багато в чому відрізняється від представленої вище ідеалізованої картини. Насамперед, це стосується вершин нанотрубки, форма яких, як випливає зі спостережень, далека від ідеальної напівсфери.

Багатошарові нанотрубки

Багатошарові нанотрубки відрізняються від одношарових значно ширшою різноманітністю форм і конфігурацій як у поздовжньому, так і в поперечному напрямку. Можливі різновиди поперечної структури багатошарових нанотрубок представлені на Мал. 5. Структура типу "російської матрьошки" (russian dolls) є сукупністю коаксіально вкладених один в одного одношарових нанотрубок (Мал 5 а). Інший різновид цієї структури, показаний на Мал. 5 б являє собою сукупність вкладених один в одного коаксіальних призм. Нарешті, остання з наведених структур ( Мал. 5 в),нагадує сувій. Для наведених структур відстані між сусідніми графітовими шарами близько до величини 0,34 нм, тобто. відстані між сусідніми площинами кристалічного графіту Реалізація тієї чи іншої структури у конкретній експериментальній ситуації залежить від умов синтезу нанотрубок.

Слід мати на увазі, що ідеалізована поперечна структура нанотрубок, в якій відстань між сусідніми шарами близька до значення 0,34 нм і не залежить від аксіальної координати, практично спотворюється внаслідок впливу сусідніх нанотрубок, що обурює.

Наявність дефектів призводить також до спотворення прямолінійної форми нанотрубки та надає їй форму гармошки.

Інший тип дефектів, що нерідко відзначаються на графітової поверхні багатошарових нанотрубок, пов'язаний з впровадженням у поверхню, що складається переважно з правильних шестикутників, деякої кількості п'ятикутників або семикутників. Це призводить до порушення циліндричної форми, причому використання п'ятикутника викликає опуклий вигин, тоді як використання семикутника сприяє появі увігнутого згину. Таким чином, подібні дефекти викликають появу вигнутих та спіралеподібних нанотрубок.

Структура наночастинок

У процесі утворення фулеренів із графіту утворюються також наночастки. Це замкнуті структури, подібні до фулеренів, але значно перевищують їх за розміром. На відміну від фулеренів, вони також як і нанотрубки можуть містити кілька шарів, мають структуру замкнутих, вкладених один в одного графітових оболонок.

У наночастинках, аналогічно графіту, атоми всередині оболонки пов'язані хімічними зв'язками, а між атомами сусідніх оболонок діє слабка ван-дер-ваальсова взаємодія. Зазвичай оболонки наночастинок мають форму близьку до багатогранника. У структурі кожної такої оболонки, крім шестикутників, як у структурі графіту, є 12 п'ятикутників, спостерігаються додаткові пари з п'яти та семикутників. Електронно-мікроскопічне вивчення форми та будови вуглецевих частинок у фуллерено-містить конденсаті було нещодавно проведено в роботах Jarkovа S.M., Кашкіна В.Б.

Отримання вуглецевих нанотрубок

Вуглецеві нанотрубки утворюються при термічному розпиленні графітового електрода в плазмі дугового розряду, що горить в атмосфері гелію. Цей метод, як і метод лазерного розпилення, що лежить в основі ефективної технології одержання фулеренів, дозволяє отримувати нанотрубки в кількості, достатній для детального дослідження їх фізико-хімічних властивостей.

Нанотрубка може бути отримана із протяжних фрагментів графіту, які далі скручуються в трубку. Для утворення протяжних фрагментів необхідні спеціальні умови нагрівання графіту. Оптимальні умови отримання нанотрубок реалізуються в дуговому розряді при використанні електролізного графіту електродів.

Серед різних продуктів термічного розпилення графіту (фулерени, наночастки, частинки сажі) невелика частина (кілька відсотків) припадає і на багатошарові нанотрубки, які частково прикріплюються до холодних поверхонь установки, частково осаджуються на поверхні разом із сажею.

Одношарові нанотрубки утворюються при додаванні в анод невеликої домішки Fe, Co, Ni, Cd (тобто додаванням каталізаторів). Крім того, одношарові нанотрубки виходять при окисленні багатошарових нанотрубок. З метою окислення багатошарові нанотрубоки обробляються киснем при помірному нагріванні, або киплячою азотною кислотою, причому в останньому випадку відбувається видалення п'ятичленних графітових кілець, що призводить до відкриття кінців трубок. Окислення дозволяє зняти верхні шари з багатошарової трубки і відкрити її кінці. Так як реакційна здатність наночастинок вище, ніж у нанотрубок, то при значному руйнуванні вуглецевого продукту в результаті окислення частка нанотрубок в частині, що залишилася, збільшується.

При електродуговому способі отримання фулеренів частина матеріалу, що руйнується під дією дуги графітового анода, осаджується на катоді. До закінчення процесу руйнування графітового стрижня ця освіта виростає настільки, що охоплює всю область дуги. Цей наріст має форму чаші, обсяг якого введений анод. Фізичні характеристики катодного наросту сильно відрізняються від характеристик графіту, з якого складається анод. Мікротвердість наросту 5.95 гПа (графіту -0.22 гПа), щільність наросту 1.32 г/см 3 (графіт -2.3 г/см 3), питомий електричний опір наросту становить 1.4 * 10 -4 Ом м, що практично на порядок більше, ніж у графіту (1.5 * 10-5 Ом м). При 35 До виявлено аномально висока магнітна сприйнятливість наросту на катоді, що дозволило припустити, що наріст складається, переважно, з нанотрубок (Бєлов Н.Н.).

Властивості нанотрубок

Широкі перспективи використання нанотрубок у матеріалознавстві відкриваються при капсулипровании всередину вуглецевих нанотрубок надпровідних кристалів (наприклад, ТаС). У літературі описано таку технологію. Використовувався дуговий розряд постійного струму ~30 А при напрузі 30 В в атмосфері гелію з електродами, що є спресованою сумішшю талієвої пудри з графітовим пігментом. Міжлектродна відстань становила 2-3 мм. За допомогою тунельного електронного мікроскопа у продуктах термічного розкладання матеріалу електродів було виявлено значну кількість кристалів ТаС, капсульованих у нанотрубки. х Арактерний поперечний розмір кристалітів становив близько 7 нм, типова довжина нанотрубок – понад 200 нм. Нанотрубки були багатошаровими циліндрами з відстанню між шарами 0,3481 ±0,0009 нм, близьким до відповідного параметра для графіту. Вимірювання температурної залежності магнітної сприйнятливості зразків показали, що капсульовані нанокристали, переходять унадпровідний станпри Т=10 До.

Можливість отримання надпровідних кристалів, капсульованих в нанотрубки, дозволяє ізолювати їх від шкідливого впливу зовнішнього середовища, наприклад, від окислення, відкриваючи тим самим шлях до більш ефективного розвитку відповідних нанотехнологій.

Велика негативна магнітна сприйнятливість нанотрубок свідчить про їх діамагнітні характеристики. Припускають, що діамагнетизм нанотрубок обумовлений перебігом електронних струмів з їхнього кола. Величина магнітної сприйнятливості залежить від орієнтації зразка, що пов'язані з його невпорядкованою структурою. Відносно велике значення магнітної сприйнятливості вказує на те, що принаймні в одному з напрямків ця величина порівнянна з відповідним значенням для графіту. Відмінність температурної залежності магнітної сприйнятливості нанотрубок від відповідних даних інших форм вуглецю вказує на те, що вуглецеві нанотрубки є окремою самостійною формою вуглецю, властивості якої принципово відрізняються від властивостей вуглецю в інших станах.

Застосування нанотрубок

В основі багатьох технологічних застосувань нанотрубок лежить така їхня властивість, як висока питома поверхня (у разі одношарової нанотрубки близько 600 кв. м. на 1/г), що відкриває можливість їх використання як пористий матеріал у фільтрах і т.д.

Матеріал нанотрубок з успіхом може використовуватися як несуча підкладка для здійснення гетерогенного каталізу, причому каталітична активність відкритих нанотрубок помітно перевищує відповідний параметр для замкнених нанотрубок.

Можливе використання нанотрубок з високою питомою поверхнею як електроди для електролітичних конденсаторів з великою питомою потужністю.

Вуглецеві нанотрубки добре зарекомендували себе в експериментах з використання їх як покриття, що сприяє утворенню алмазної плівки. Як показують фотографії, виконані за допомогою електронного мікроскопа, алмазна плівка, напилена на плівку нанотрубок, відрізняється на краще відносно щільності і однорідності зародків від плівки, напиленою на З 60 і З 70 .

Такі властивості нанотрубки, як її малі розміри, що змінюється у значних межах залежно від умов синтезу, електропровідність,механічна міцність і хімічна стабільність дозволяють розглядати нанотрубку як основу майбутніх елементів мікроелектроніки. Розрахунковим шляхом доведено, що введення в ідеальну структуру нанотрубки як дефект пари п'ятикутник-семикутник змінює її електронні властивості. Нанотрубка з впровадженим у неї дефектом може розглядатися як гетероперехід метал-напівпровідник, який, в принципі, може становити основу напівпровідникового елемента рекордно малих розмірів.

Нанотрубки можуть бути основою найтоншого вимірювального інструменту, використовуваного контролю неоднорідностей поверхні електронних схем.

Цікаві застосування можуть отримати нанострубки при заповненні різними матеріалами. При цьому нанотрубка може використовуватися як в якості носія матеріалу, що заповнює її, так і в якості ізолюючої оболонки, що оберігає даний матеріал від електричного контакту, або від хімічної взаємодії з навколишніми об'єктами.

ВИСНОВОК

Хоча фулерени мають коротку історію, цей напрямок науки швидко розвивається, залучаючи до себе все нових дослідників. Ця галузь науки включає три напрями: фізика фулеренів, хімія фулеренів та технологія фулеренів.

Фізика фулеренівзаймається дослідженням структурних, механічних, електричних, магнітних, оптичних властивостей фулеренів та їх сполук у різних фазових станах. Сюди відноситься також вивчення характеру взаємодії між атомами вуглецю в цих сполуках, спектроскопія молекул фулеренів, властивості та структура систем, що складаються з молекул фулеренів. Фізика фулеренів є найбільш просунутою гілкою в області фулеренів.

Хімія фулеренівпов'язана із створенням та вивченням нових хімічних сполук, основу яких становлять замкнуті молекули вуглецю, а також вивчає хімічні процеси, в яких вони беруть участь. Слід зазначити, що з концепціям та методам дослідження цей напрямок хімії багато в чому принципово відрізняється від традиційної хімії.

Технологія фулереніввключає як методи виробництва фулеренів, так і різні їх застосування.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Соколов В. І., Станкевич І. В. Фуллерен-нові алотропні форми вуглецю: структура, електронна будова та хімічні властивості// Успіхи хімії, т.62 (5), с.455, 1993.

2. Нові напрями у дослідженнях фулеренів// УФН, т. 164 (9), с. 1007, 1994.

3. Єлецький А. В., Смірнов Б.М. Фулерени та структури вуглецю//УФН, т. 165 (9), с.977, 1995.

4. Золотухін І.В. Фуллерит – нова форма вуглецю//СОЖ №2, с.51, 1996.

5. Майстров В.Ф. Фізичні властивості фулеренів//СОЖ №1, с.92, 1997.

6. Лозовик Ю.В., Попов А.М. Утворення та зростання вуглецевих наноструктур - фулеренів, наночастинок, нанотрубок і конусів//УФН, т. 167 (7), с. 151, 1997/

7. Єлецький А.В. . Вуглецеві нанотрубки// УФН, т.167 (9), с.945, 1997.

8. Смоллі Р.Є. Відкриваючи фулерени / / УФН, т.168 (3), с.323, 1998 .

9. Чурілов Г.М. Огляд методів отримання фулеренів//Матеріали 2 міжрегіональної конференції з міжнародною участю «Ультрадисперсні порошки, наноструктури, матеріали», Красноярськ, КДТУ, 5-7 жовтня 1999,. с. 77-87.

10. Бєлов Н.М. та ін Будова поверхні катодного наросту, що утворюється при синтезі фулеренів // Аерозолі т.4f, N1, 1998 р. с.25-29

11. Jarkov S.M.,. Titarenko Ya .N., Churilov G.N. Elektron microscopy studies off FCC carbon particles// Carbon, v. 36, N 5-6, 1998, p. 595-597

12. Кашкін В.Б., Рубльова Т.В., Кашкіна Л.В., Мосін Р.А. Цифрова обробка електронно-мікроскопічних зображень вуглецевих частинок у фуллерено-містить сажі // Матеріали 2 міжрегіональної конференції з міжнародною участю «Ультрадисперсні порошки, наноструктури, матеріали», Красноярськ, КДТУ, 5-7 жовтня 1999,. с. 91-92