Fullerene điểm nóng chảy. Fullerene trong tự nhiên
Thuộc tính ... Nhưng điều đầu tiên trước tiên.
Ban đầu - về shungite.
Shungite là một khoáng chất màu đen chứa 93-98% cacbon và tới 3-4% hợp chất hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh và nước. Tro khoáng chứa vanadi, molypden, niken, vonfram, selen. Khoáng sản được đặt tên theo ngôi làng Shunga ở Karelia, nơi có các mỏ chính của nó.
Shungite được hình thành từ trầm tích đáy hữu cơ - sapropel - khoảng 600 triệu năm trước, và theo một số nguồn - 2 tỷ năm trước. Những trầm tích hữu cơ này (xác của động vật giáp xác, tảo và các loài ốc khác), được phủ lên trên bằng các lớp mới, dần dần bị nén lại, mất nước và chìm xuống sâu trong lòng đất. Dưới tác dụng của lực nén và nhiệt độ cao đã diễn ra quá trình biến chất. Kết quả của quá trình này là carbon vô định hình phân tán trong ma trận khoáng chất được hình thành dưới dạng các hạt cầu-fullerene đặc trưng của shungite.
Bây giờ về fullerene
Fullerene này chứa trong shungite là gì? Fullerene là một trong những loại carbon. Vì vậy, từ trường học, chúng tôi nhớ rằng carbon có một số dạng:
- kim cương,
- than chì,
- than đá.
Fullerene chỉ là một dạng khác của carbon. Nó khác ở chỗ các phân tử fullerene là các khối đa diện đều, bao gồm các phân tử có cùng carbon:
Nhưng tại sao fullerene lại hữu ích như vậy?
Fullerene được sử dụng trong công nghệ bán dẫn, cho các nghiên cứu khác nhau (quang học, cơ học lượng tử), điện trở quang, trong lĩnh vực chất siêu dẫn, trong cơ học để sản xuất các chất giảm ma sát, trong công nghệ pin, trong tổng hợp kim cương, trong sản xuất pin quang và nhiều ngành công nghiệp khác. Trong đó một là để sản xuất thuốc.
Và một lần nữa chúng ta quay lại câu hỏi của mình - tại sao fullerene rất hữu ích? Tại đây, bạn có thể liên hệ với Grigory Andrievsky, người đang làm việc với một nhóm các nhà khoa học tại Viện Trị liệu của Viện Hàn lâm Khoa học Y tế Ukraine về chính vấn đề này. Trong nghiên cứu của mình, nhà khoa học đã tiết lộ những gì.
Vì vậy, fullerene trong shungite ở dạng đặc biệt - ngậm nước. Tức là chúng được kết nối với nước và có thể hòa tan trong nước. Theo đó, fullerene có thể được rửa sạch khỏi shungite và hình thành dung dịch fullerene- duy nhất dạng hoạt động của fullerene cho hôm nay.
Hơn nữa, dung dịch nước của fullerene là chất chống oxy hóa mạnh. Đó là, chúng, giống như vitamin E và C (và các chất khác), giúp cơ thể đối phó với các gốc tự do- các chất được hình thành trong cơ thể trong quá trình viêm và tương tác rất mạnh với các chất xung quanh - phá hủy các cấu trúc cần thiết cho cơ thể. Nhưng, không giống như vitamin, fullerene không bị tiêu hao khi trung hòa các gốc tự do - và có thể làm cho chúng an toàn cho đến khi chúng được loại bỏ khỏi cơ thể một cách tự nhiên.
Theo đó, lượng fullerene hoạt động hiệu quả như chất chống oxy hóa có thể được tìm thấy trong cơ thể với lượng nhỏ hơn nhiều so với vitamin. So với họ
fullerene có thể hoạt động ở liều lượng cực thấp.
Theo đó, sử dụng dung dịch nước của fullerene, bạn có thể giảm lượng gốc tự do trong cơ thể - và giúp cơ thể đối phó với các quá trình tiêu cực. Trên thực tế, nước shungite là gì - cùng một dung dịch nước của fullerene.
Và một bổ sung rất quan trọng từ Grigory Andrievsky về đặc tính chữa bệnh của fullerene shungite:
Cho đến nay, mới chỉ có những thí nghiệm trên những người tình nguyện, bao gồm cả bản thân tôi. Do đó, không nên khuấy động và khơi dậy những hy vọng viển vông ở bệnh nhân. Vâng, chúng tôi có những kết quả đầy hứa hẹn từ nghiên cứu cơ bản, chủ yếu ở động vật và nuôi cấy tế bào. Tuy nhiên, cho đến khi các chế phẩm và phương pháp đã được kiểm tra và thử nghiệm theo cách quy định, chúng tôi không có đạo đức hay bất kỳ quyền nào khác để gọi chúng là thuốc và phương pháp y tế.
Và cuối cùng, đến nước shungite
Nước shungite - chúng tôi quay lại với nó. Có hai ý kiến trái chiều về việc chuẩn bị và sử dụng nước shungite.
Cái đầu tiên được công bố bởi Cand. hóa học. O. V. Mosin (Học viện Công nghệ Hóa chất Nhà nước Mátxcơva mang tên M. V. Lomonosov):
Nước, truyền với shungite, không chỉ trở thành nước uống tinh khiết mà còn là dung dịch keo phân tử của fullerene ngậm nước, thuộc thế hệ thuốc và thuốc phòng bệnh mới có tác dụng nhiều mặt đối với cơ thể.
Ý kiến thứ hai về việc sử dụng shungite được đưa ra bởi Giám đốc Viện Địa chất của Trung tâm Khoa học Karelian thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, Tiến sĩ Geol.-M. N. Vladimir Shchiptsov:
Thực tế là shungite làm sạch nước đã được chứng minh, nhưng chỉ khi nó được bao gồm như một phần không thể thiếu của các bộ lọc đặc biệt. Nước, được truyền đơn giản trên một mảnh khoáng chất, thậm chí có thể gây hại - do phản ứng hóa học, trên thực tế, một dung dịch axit nồng độ thấp được hình thành.
Vì vậy, để chuẩn bị nước shungite, bạn có cần nhấn mạnh nước vào khoáng chất hay cho qua các bộ lọc đặc biệt? Hãy đi sâu vào chủ đề. Và, vì nước shungite là dung dịch nước của fullerene, chúng ta sẽ không thoát khỏi chúng.
Do đó, fullerene hòa tan trong nước rất khó khăn. Mặt khác, nếu chúng bị hòa tan, thì xung quanh mỗi quả bóng fullerene, một lớp vỏ nhiều lớp được hình thành từ các phân tử nước được sắp xếp chính xác, xấp xỉ trong mười lớp phân tử. Nước này, nói cách khác, hydrat, lớp vỏ xung quanh phân tử fullerene có thể được gọi là nước có cấu trúc.
Tính chất của nước bao quanh một phân tử fullerene khác biệt đáng kể so với nước thông thường. Và nó rất giống với nước liên kết trong các tế bào của cơ thể. Vì vậy, trong một tế bào sống, trên thực tế, có rất ít nước miễn phí thông thường, quen thuộc với chúng ta. Tất cả nước được liên kết với các phân tử xung quanh nó. Và nó giống như thạch. Cơ chế hình thành nước liên kết trong tế bào tương tự như cơ chế hình thành lớp vỏ nước xung quanh phân tử fullerene.
Do đó, trong dung dịch nước shungite, có thể phân biệt hai loại nước:
- nước có cấu trúc bao quanh các phân tử fullerene (cũng như các phân tử chất hữu cơ trong tế bào),
- và nước miễn phí.
Khi làm bay hơi dung dịch, nước tự do bay hơi trước. Vỏ nước tương tự có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn được hình thành xung quanh các phân tử DNA trong dung dịch enzyme. Điều đó mang lại cho chúng khả năng chống lại cả đóng băng và sưởi ấm.
Vì vậy, quay lại hai cách khác nhau để chuẩn bị shungite - ngâm và đi qua một lớp shungite. Những phương pháp này khác nhau như thế nào? Chúng khác nhau về thời gian tiếp xúc. Đó là khoảng thời gian mà fullerene có thể rời khỏi cấu trúc shungite và tạo thành dung dịch nước.
Như chúng tôi đã đề cập trước đó, fullerene có thể hoạt động ở liều lượng cực thấp. Đó là, để hình thành một dung dịch fullerene thực sự hiệu quả, chỉ cần cho nước đi qua shungite hoặc truyền nước không lâu trên shungite là đủ.
Đương nhiên, cường độ hòa tan fullerene từ shungite phụ thuộc vào mức độ nghiền của các hạt shungite. Vì vậy, nếu bạn có một cục đá nặng một kg, thì bạn có thể ngâm nước trong một thời gian dài 🙂
Vì không có nghiên cứu khoa học hoàn chỉnh nào với các khuyến nghị rõ ràng về việc sử dụng shungite, nên không có mô hình chính xác - thời gian truyền (lọc) qua các hạt shungite có kích thước bao nhiêu để chuẩn bị dung dịch fullerene có nồng độ mong muốn.
Theo đó, lối thoát duy nhất cho ngày hôm nay là tự mình thử nghiệm với nước shungite.
Và lắng nghe cảm xúc của bạn. Và, tất nhiên, để thay đổi tác động khi tình trạng sức khỏe xấu đi hoặc cải thiện.
Viết kết quả thí nghiệm của bạn!
fullerene theo nghĩa chung nhất của khái niệm này, người ta có thể gọi tên các phân tử giả thuyết và thu được bằng thực nghiệm chỉ bao gồm các nguyên tử carbon và có dạng khối đa diện lồi. Các nguyên tử carbon nằm ở các đỉnh của chúng và các liên kết C-C chạy dọc theo các cạnh.
Fullerene là dạng phân tử của carbon. Một định nghĩa phổ biến là fullerene, ở trạng thái rắn, được gọi là fullerites. Cấu trúc tinh thể của fullerite là một mạng định kỳ của các phân tử fullerene, và trong các phân tử fullerene fullerite kết tinh tạo thành một mạng fcc.
Fullerene đã được quan tâm đối với thiên văn học, vật lý, sinh học, hóa học, địa chất và các ngành khoa học khác từ đầu những năm 1990. Fullerene được cho là có những đặc tính y tế tuyệt vời: ví dụ, fullerene được cho là đã bắt đầu được sử dụng trong mỹ phẩm như một chất làm trẻ hóa trong ngành thẩm mỹ. Với sự trợ giúp của fullerene, họ sẽ chống lại bệnh ung thư, HIV và những căn bệnh ghê gớm khác. Đồng thời, tính mới của những dữ liệu này, nghiên cứu nhỏ của họ và các chi tiết cụ thể của không gian thông tin hiện đại vẫn chưa cho phép một trăm phần trăm tin tưởng vào thông tin như vậy về fullerene.
ICM (www.website)
Một quan điểm đơn giản hóa rất phổ biến là trước khi phát hiện ra fullerene, đã có hai dạng biến đổi đa hình của carbon - than chì và kim cương, và sau năm 1990, một dạng carbon đẳng hướng khác đã được thêm vào chúng. Trên thực tế, điều này không phải vậy, bởi vì các dạng tồn tại của carbon rất đa dạng (xem bài báo). 
Lịch sử phát hiện ra fullerene
Một nhóm tác giả do L.N. Sidorova đã tóm tắt trong chuyên khảo "Fullerenes" một số lượng lớn các tác phẩm về chủ đề này, mặc dù không có nghĩa là tất cả: vào thời điểm cuốn sách được xuất bản, tổng số ấn phẩm dành cho fullerenes lên tới khoảng 15 nghìn. Theo các tác giả, phát hiện ra fullerene- một dạng tồn tại mới của carbon - một trong những nguyên tố phổ biến nhất trên hành tinh của chúng ta - được công nhận là một trong những khám phá quan trọng nhất của khoa học thế kỷ 20. Bất chấp khả năng độc đáo đã được biết từ lâu của các nguyên tử carbon liên kết thành các cấu trúc phân tử cồng kềnh và phân nhánh phức tạp, vốn là cơ sở của tất cả hóa học hữu cơ, khả năng hình thành các phân tử khung ổn định chỉ từ một carbon hóa ra vẫn là điều bất ngờ. Theo dữ liệu, xác nhận thực nghiệm rằng các phân tử thuộc loại 60 nguyên tử trở lên này có thể phát sinh trong quá trình xảy ra tự nhiên trong tự nhiên đã thu được vào năm 1985, nhưng trước đó rất lâu, sự ổn định của các phân tử với một quả cầu carbon kín đã được giả định. .
phát hiện fullerene liên quan trực tiếp đến việc nghiên cứu các quá trình thăng hoa và ngưng tụ carbon.
Giai đoạn mới trong fullereneđến vào năm 1990, khi một phương pháp được phát triển để thu được các hợp chất mới với số lượng gam và một phương pháp phân lập fullerene ở dạng tinh khiết đã được mô tả. Sau đó, các đặc điểm cấu trúc và hóa lý quan trọng nhất của fullerene C 60 đã được thiết lập. Đồng phân C60 (buckminsterfullerene) là hợp chất dễ hình thành nhất trong số các fullerene đã biết. Fullerene C60 được đặt tên để vinh danh kiến trúc sư tương lai Richard Buckminster Fuller, người đã tạo ra các cấu trúc có khung hình vòm bao gồm các hình ngũ giác và hình lục giác. Đồng thời, trong quá trình nghiên cứu, nảy sinh nhu cầu đặt tên khái quát. fullerene cho các cấu trúc thể tích có bề mặt kín (khung carbon), do tính đa dạng của chúng.
Điều đáng chú ý là toàn bộ dòng vật liệu carbon được đặt theo tên của Buckminster Fuller: c60 fullerene (buckminster fullerene) còn được gọi là buckyball (Buckminster Fuller không thích cái tên "Buckminster" và thích cái tên viết tắt "Bucky" hơn). Ngoài ra, các ống nano carbon - buckityubes, fullerene hình quả trứng - buckyegg (buckyball egg), v.v. đôi khi được gọi với cùng một tiền tố.
ICM (www.website)
Thuộc tính của fullerene. Fullerit
Thuộc tính fullerene nghiên cứu không đầy đủ vì lý do khách quan: một số lượng tương đối nhỏ các phòng thí nghiệm có cơ hội nghiên cứu các tính chất này. Nhưng trên báo chí định kỳ và khoa học phổ thông, người ta chú ý rất nhiều đến fullerene và các đặc tính của chúng... Thông thường, thông tin chưa được xác minh về các đặc tính kỳ diệu của fullerene lan truyền với tốc độ đáng kinh ngạc và trên quy mô lớn, kết quả là tiếng nói yếu ớt những lời từ chối vẫn chưa được nghe thấy. Ví dụ, tuyên bố của một nhóm các nhà khoa học rằng fullerene có trong shungite đã được xác minh nhiều lần, nhưng chưa được xác nhận (xem phần thảo luận). Tuy nhiên, shungite ngày nay được coi là "vật liệu chứa fullerene công nghệ nano tự nhiên" - một tuyên bố mà theo tôi, giống như một mánh khóe tiếp thị hơn.
Một số nhà nghiên cứu cho rằng một đặc tính đáng báo động của fullerene là độc tính.
Thông thường khi nói về tính chất của fullerene có nghĩa là dạng tinh thể của chúng - fullerites.
Sự khác biệt đáng kể tinh thể fullerene từ tinh thể phân tử của nhiều chất hữu cơ khác ở chỗ chúng không quan sát được pha lỏng. Có lẽ điều này là do thực tế là nhiệt độ là 1200 k quá trình chuyển đổi sang trạng thái lỏng, được quy cho C 60 fullerite, đã vượt quá giá trị của nó, tại đó xảy ra sự phá hủy đáng chú ý khung carbon của chính các phân tử fullerene.
Theo dữ liệu, tính chất của fullerene tính ổn định cao bất thường, được chứng minh bằng kết quả nghiên cứu các quá trình liên quan đến fullerene, là một trong số đó. Đặc biệt, tác giả lưu ý rằng fullerene tinh thể tồn tại dưới dạng một chất ổn định ở nhiệt độ 1000 - 1200 K, điều này được giải thích là do tính ổn định động học của nó. Đúng vậy, điều này liên quan đến tính ổn định của phân tử fullerene C60 trong môi trường khí argon trơ và với sự có mặt của oxy, quá trình oxy hóa đáng kể đã được quan sát thấy ở 500 K với sự hình thành CO và CO 2 .
Công việc này được dành cho một nghiên cứu toàn diện về các đặc tính điện vật lý và nhiệt động của fullerite C60 và C70 trong điều kiện tải trọng sốc cực cao.
Trong mọi trường hợp, khi thảo luận về tính chất của fullerene, cần phải chỉ định hợp chất nào có nghĩa là - C20, C60, C70 hoặc hợp chất khác, tất nhiên, tính chất của các fullerene này sẽ hoàn toàn khác nhau.
Hiện nay fullerene С60, С70 và các sản phẩm có chứa fullerene được sản xuất và chào bán bởi nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước, do đó mua fullerene và trở nên bận rộn bằng cách nghiên cứu tính chất của fullerene về mặt lý thuyết, bất cứ ai cũng có thể. Fullerenes C60 và C70 được cung cấp với mức giá từ $15 đến $210 mỗi gam và hơn thế nữa, tùy thuộc vào loại, độ tinh khiết, số lượng và các yếu tố khác. Sản xuất và bán fullerene »
Fullerene trong gang và thép
Giả sử sự tồn tại fullerene và cấu trúc fullerene trong hợp kim sắt-cacbon, thì chúng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ lý của thép và gang, tham gia vào quá trình biến đổi cấu trúc và pha.
ICM (www.website)
Các cơ chế kết tinh của hợp kim sắt-cacbon từ lâu đã được các nhà nghiên cứu về các quá trình này hết sức chú ý. Bài báo thảo luận về các cơ chế có thể hình thành than chì dạng nốt trong gang cường độ cao và các đặc điểm cấu trúc của nó, chỉ cần tính đến bản chất fullerene của hợp kim sắt-cacbon. Tác giả viết rằng "với việc phát hiện ra fullerene và các cấu trúc dựa trên fullerene, một số công trình đã cố gắng giải thích cơ chế hình thành than chì dạng nốt dựa trên các cấu trúc này."
Công trình xem xét những thành tựu trong lĩnh vực hóa học fullerene và khái quát hóa "những ý tưởng mới về cấu trúc của sắt-cacbon nóng chảy". Tác giả tuyên bố rằng dạng phân tử của carbon là fullerene С60- được ông xác định trong các hợp kim sắt-cacbon được nấu chảy bằng phương pháp luyện kim cổ điển, đồng thời tiết lộ ba cơ chế có thể xảy ra đối với sự xuất hiện fullerene trong cấu trúc của thép và gang:
Vào một thời điểm, 5 năm trước, chúng tôi đã chọn fullerene và một hình lục giác làm logo của trang web www.site, như một biểu tượng của những thành tựu mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu sự nóng chảy của sắt-cacbon, như một biểu tượng của những phát triển và khám phá mới liên quan đến sự biến tính của Fe-C nóng chảy - một giai đoạn không thể thiếu của xưởng đúc hiện đại và luyện kim nhỏ.
sáng.:
Cách hiệu quả nhất để thu được fullerene dựa trên sự phân hủy nhiệt của than chì. Với sự gia nhiệt vừa phải của than chì, liên kết giữa các lớp than chì riêng lẻ bị phá vỡ, nhưng vật liệu bay hơi không bị phân hủy thành các nguyên tử riêng lẻ. Trong trường hợp này, lớp bay hơi bao gồm các mảnh riêng biệt, là sự kết hợp của các hình lục giác. Những mảnh này tạo thành phân tử C60 và các fullerene khác. Đối với quá trình phân hủy than chì trong quá trình sản xuất fullerene, người ta sử dụng phương pháp đốt nóng điện trở và tần số cao của điện cực than chì, đốt cháy hydrocacbon, chiếu tia laser lên bề mặt than chì, làm bay hơi than chì bằng chùm tia nắng hội tụ. Các quá trình này được thực hiện trong khí đệm, thường là helium. Thông thường, để thu được fullerene, người ta sử dụng phóng điện hồ quang với các điện cực than chì trong môi trường khí heli. Vai trò chính của helium có liên quan đến việc làm mát các mảnh có mức độ kích thích rung động cao, ngăn chúng kết hợp thành các cấu trúc ổn định. Áp suất helium tối ưu nằm trong khoảng 50-100 Torr.
Cơ sở của phương pháp này rất đơn giản: một hồ quang điện được đốt cháy giữa hai điện cực than chì, trong đó cực dương bốc hơi. Bồ hóng lắng đọng trên các bức tường của lò phản ứng, chứa từ 1 đến 40% (tùy thuộc vào các thông số hình học và công nghệ) của fullerene. Để chiết xuất fullerene từ bồ hóng chứa fullerene, tách và tinh chế, chiết xuất chất lỏng và sắc ký cột được sử dụng. Ở giai đoạn đầu tiên, bồ hóng được xử lý bằng dung môi không phân cực (toluene, xylene, carbon disulfide). Hiệu quả chiết xuất được đảm bảo bằng cách sử dụng thiết bị Soxhlet hoặc siêu âm. Dung dịch thu được của fullerene được tách ra khỏi kết tủa bằng cách lọc và ly tâm, dung môi được chưng cất hoặc làm bay hơi. Kết tủa rắn chứa hỗn hợp các fullerene được dung môi hòa tan ở các mức độ khác nhau. Việc tách fullerene thành các hợp chất riêng lẻ được thực hiện bằng sắc ký lỏng cột hoặc sắc ký lỏng cao áp. Việc loại bỏ hoàn toàn cặn dung môi khỏi mẫu fullerene rắn được thực hiện bằng cách giữ ở nhiệt độ 150-250 °C trong điều kiện chân không động trong vài giờ. Sự gia tăng hơn nữa về độ tinh khiết đạt được bằng cách thăng hoa các mẫu tinh khiết
8. Triển vọng ứng dụng thực tế của fullerene và fullerite
Việc phát hiện ra fullerene đã dẫn đến việc tạo ra các nhánh mới của vật lý và hóa học chất rắn (hóa học lập thể). Hoạt động sinh học của fullerene và các dẫn xuất của chúng đang được nghiên cứu tích cực. Người ta đã chứng minh rằng các đại diện của lớp này có khả năng ức chế các loại enzyme khác nhau, gây ra sự phân cắt cụ thể của các phân tử DNA, thúc đẩy quá trình chuyển điện tử qua màng sinh học và tham gia tích cực vào các quá trình oxy hóa khử khác nhau trong cơ thể. Công việc nghiên cứu chuyển hóa fullerene đã bắt đầu, đặc biệt chú ý đến các đặc tính kháng vi-rút. Đặc biệt, người ta đã chứng minh rằng một số dẫn xuất fullerene có khả năng ức chế protease của virus AIDS. Ý tưởng tạo ra các loại thuốc chống ung thư dựa trên các hợp chất nội diện tan trong nước của fullerene với các đồng vị phóng xạ được thảo luận rộng rãi. Nhưng ở đây chúng ta sẽ chủ yếu đề cập đến triển vọng sử dụng vật liệu fullerene trong kỹ thuật và điện tử.
Khả năng thu được vật liệu siêu cứng và kim cương. Nhiều hy vọng được đặt vào nỗ lực sử dụng fullerene, chất có lai hóa sp^3 một phần, làm nguyên liệu thay thế than chì trong quá trình tổng hợp kim cương phù hợp cho mục đích sử dụng kỹ thuật. Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lên fullerene trong khoảng 8-53 GPa cho thấy rằng quá trình chuyển đổi kim cương sang fullerene bắt đầu ở áp suất 16 GPa và nhiệt độ 380 K, thấp hơn nhiều so với
cho quá trình chuyển đổi than chì-kim cương. Nó đã được chỉ ra rằng có thể
kim cương lớn (lên tới 600-800 micron) ở nhiệt độ 1000 °C và áp suất lên tới 2 GPa. Sản lượng kim cương lớn trong trường hợp này đạt 33 wt. %. Các vạch tán xạ Raman ở tần số 1331 cm^-1 có chiều rộng 2 cm^-1, điều này cho thấy chất lượng cao của những viên kim cương thu được. Khả năng thu được các pha fullerit trùng hợp áp suất siêu cứng cũng đang được nghiên cứu tích cực.
Fullerene là tiền chất cho sự phát triển của màng kim cương và cacbua silic. Các màng của chất bán dẫn khe rộng, chẳng hạn như kim cương và cacbua silic, hứa hẹn sẽ được sử dụng trong các thiết bị điện tử và quang điện tử tốc độ cao, nhiệt độ cao, bao gồm cả phạm vi tia cực tím. Chi phí của các thiết bị như vậy phụ thuộc vào sự phát triển của các phương pháp lắng đọng hóa học màng khe rộng (CVD) và khả năng tương thích của các phương pháp này với công nghệ silicon tiêu chuẩn. Vấn đề chính trong sự phát triển của màng kim cương là ưu tiên hướng phản ứng dọc theo con đường hình thành pha. sp^3, và Không sp^2. Có vẻ hiệu quả khi sử dụng fullerene theo hai hướng: tăng tốc độ hình thành các trung tâm tạo mầm kim cương trên đế và sử dụng chúng làm "khối xây dựng" thích hợp để phát triển kim cương trong pha khí. Người ta đã chứng minh rằng sự phân mảnh của C60 trên C2, đây là những vật liệu thích hợp cho sự phát triển của tinh thể kim cương. Tập đoàn MER đã thu được màng kim cương chất lượng cao với tốc độ tăng trưởng 0,6 µm/h bằng cách sử dụng fullerene làm tiền chất tăng trưởng và tạo mầm. Các tác giả dự đoán rằng tốc độ tăng trưởng cao này sẽ làm giảm đáng kể giá thành của kim cương CVD. Một lợi thế đáng kể là fullerene tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình khớp tham số mạng trong quá trình dị hợp tử, điều này cho phép sử dụng vật liệu IR làm chất nền.
Các quy trình hiện có để sản xuất cacbua silic yêu cầu sử dụng nhiệt độ lên tới 1500 °C, tương thích kém với công nghệ silicon tiêu chuẩn. Tuy nhiên, sử dụng fullerene, silicon carbide có thể thu được bằng cách lắng đọng màng C60 trên đế silicon với quá trình ủ tiếp ở nhiệt độ không vượt quá 800–900°C với tốc độ tăng trưởng 0,01 nm/s trên đế Si.
Fullerenes làm vật liệu cho in thạch bản. Do khả năng trùng hợp dưới tác động của chùm tia laser hoặc điện tử và tạo thành một pha không hòa tan trong dung môi hữu cơ, nên việc sử dụng chúng làm chất chống lại cho kỹ thuật in khắc submicron rất hứa hẹn. Đồng thời, màng fullerene chịu được nhiệt độ cao, không làm nhiễm bẩn chất nền và cho phép phát triển khô.
Fullerene làm vật liệu mới cho quang học phi tuyến Các vật liệu chứa fullerene (dung dịch, polyme, chất lỏng có đặc tính quang học phi tuyến cao hứa hẹn sẽ được sử dụng làm bộ hạn chế quang học (bộ suy hao) của bức xạ laser cường độ cao; phương tiện quang học để ghi ảnh ba chiều động; bộ chuyển đổi tần số; thiết bị liên hợp pha.
Lĩnh vực được nghiên cứu nhiều nhất là tạo ra các bộ hạn chế công suất quang dựa trên các dung dịch và dung dịch rắn của C60. Ảnh hưởng giới hạn truyền dẫn phi tuyến bắt đầu từ khoảng 0,2 - 0,5 J/cm^2, mức bão hòa truyền dẫn quang tương ứng 0,1 - 0,12 J/cm 2 . Khi nồng độ trong dung dịch tăng lên, mức giới hạn mật độ năng lượng giảm xuống. Ví dụ: ở độ dài đường truyền trong mẫu là 10 mm (chùm chuẩn trực) và nồng độ của dung dịch C60 trong toluene là 1*10^-4, 1,65*10^-4 và 3,3*10^-4 M, truyền bão hòa của bộ giới hạn quang lần lượt là 320, 165 và 45 mJ/cm 2 . Người ta chỉ ra rằng ở bước sóng 532 nm đối với các thời lượng xung khác nhau t (500 fs, 5 ps, 10 nsec), giới hạn quang học phi tuyến thể hiện ở mật độ năng lượng là 2, 9 và 60 mJ/cm^2. Ở mật độ năng lượng đầu vào cao (hơn 20 J/cm^2), ngoài hiệu ứng hấp thụ bão hòa phi tuyến từ mức kích thích, còn quan sát thấy hiện tượng lệch chùm tia trong mẫu, liên quan đến sự hấp thụ phi tuyến, làm tăng mẫu nhiệt độ và sự thay đổi chiết suất trong vùng chùm tia đi qua. Đối với các fullerene cao hơn, rìa của quang phổ hấp thụ dịch chuyển sang các bước sóng dài hơn, giúp có thể thu được giới hạn quang học tới n = 1,064 μm.
Để tạo ra một bộ giới hạn quang ở trạng thái rắn, điều cần thiết là đưa fullerene vào một ma trận trạng thái rắn trong khi duy trì toàn bộ phân tử và tạo thành một dung dịch rắn đồng nhất. Cũng cần chọn ma trận có khả năng chống bức xạ cao, độ trong suốt tốt và chất lượng quang học cao. Polyme và vật liệu thủy tinh được sử dụng làm ma trận trạng thái rắn. Đã có báo cáo về việc điều chế thành công dung dịch rắn của C60 trong SiO 2 dựa trên việc sử dụng công nghệ sol-gel. Các mẫu có giới hạn quang học là 2-3 mJ/cm^2 và ngưỡng thiệt hại hơn 1 J/sv^2. Một bộ giới hạn quang học trên ma trận polystyrene cũng được mô tả và cho thấy rằng trong trường hợp này, hiệu quả của giới hạn quang học tốt hơn gấp 5 lần so với C60 trong dung dịch. Khi fullerene được đưa vào kính photphat laser, người ta đã chứng minh rằng fullerene C60 và C70 trong kính không bị phá hủy và độ bền cơ học của kính pha tạp fullerene cao hơn so với kính nguyên chất.
Một ứng dụng thú vị của giới hạn quang phi tuyến tính của công suất bức xạ là việc sử dụng fullerene trong khoang laser để triệt tiêu chế độ tăng đột biến trong quá trình tự khóa các chế độ. Mức độ phi tuyến tính cao của môi trường với fullerene có thể được sử dụng như một yếu tố ổn định để nén xung trong phạm vi thời lượng nano giây.
Sự hiện diện của fullerene trong cấu trúc điện tử số Pi-các hệ thống điện tử, như đã biết, dẫn đến một giá trị lớn của độ nhạy phi tuyến, điều này cho thấy khả năng tạo ra các máy phát hiệu quả của sóng hài quang thứ ba. Sự có mặt của các thành phần khác 0 của tenxơ độ nhạy phi tuyến x(3) là điều kiện cần thiết để thực hiện quá trình tạo sóng hài thứ ba, nhưng để sử dụng thực tế với hiệu suất hàng chục phần trăm thì cần phải có sự phối hợp pha. trong trung bình. thế hệ hiệu quả
có thể thu được trong các cấu trúc phân lớp với sự khớp pha giữa các sóng tương tác. Các lớp chứa fullerene phải có độ dày bằng với độ dài tương tác kết hợp và các lớp ngăn cách chúng với độ nhạy khối thực tế bằng 0 phải có độ dày đảm bảo sự dịch pha bằng số Pi giữa bức xạ có tần số cơ bản và sóng hài bậc ba.
Fullerene là vật liệu bán dẫn và cấu trúc nano mới. Fullerite làm chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm khoảng 2 eV có thể được sử dụng để tạo ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường, thiết bị quang điện, pin mặt trời và có những ví dụ về việc sử dụng như vậy. Tuy nhiên, chúng khó có thể cạnh tranh về thông số với các thiết bị thông thường với công nghệ tiên tiến dựa trên Si hoặc GaAs. Hứa hẹn hơn nhiều là việc sử dụng phân tử fullerene như một vật thể có kích thước nano làm sẵn để tạo ra các dụng cụ và thiết bị điện tử nano dựa trên các nguyên tắc vật lý mới.
Ví dụ, một phân tử fullerene có thể được đặt trên bề mặt của chất nền theo cách được xác định trước bằng cách sử dụng kính hiển vi quét đường hầm (STM) hoặc lực nguyên tử (AFM) và được sử dụng như một phương pháp ghi thông tin. Để đọc thông tin, bề mặt được quét bằng cùng một đầu dò. Đồng thời, 1 bit thông tin là sự hiện diện hay vắng mặt của một phân tử có đường kính 0,7nm, giúp đạt được mật độ ghi thông tin kỷ lục. Những thí nghiệm như vậy được thực hiện tại Bell. Mối quan tâm đối với các thiết bị bộ nhớ đầy hứa hẹn là các phức hợp nội diện của các nguyên tố đất hiếm như terbium, gadolinium và dysprosium, chúng có momen từ lớn. Một fullerene chứa một nguyên tử như vậy phải có các tính chất của một lưỡng cực từ, hướng của nó có thể được điều khiển bởi một từ trường bên ngoài. Các phức hợp này (ở dạng màng đơn lớp phụ) có thể đóng vai trò là cơ sở của phương tiện lưu trữ từ tính với mật độ ghi lên tới 10^12 bit/cm^2 (để so sánh, đĩa quang có thể đạt được mật độ ghi trên bề mặt là 10^8 bit/cm^2).
Hình 12 . Sơ đồ của một bóng bán dẫn đơn phân tử trên phân tử C60
Các nguyên tắc vật lý đã được phát triển để tạo ra một chất tương tự của bóng bán dẫn dựa trên một phân tử fullerene duy nhất, có thể đóng vai trò là bộ khuếch đại trong dải nanoampe ( cơm. 12). Hai điểm tiếp xúc nano nằm ở khoảng cách khoảng 1-5 nm trên một mặt của phân tử C60. Một trong các điện cực là nguồn, điện cực còn lại đóng vai trò thoát nước. Điện cực thứ ba (lưới) là một tinh thể áp điện nhỏ và được đưa đến khoảng cách van der Waals ở phía bên kia của phân tử. Tín hiệu đầu vào được áp dụng cho phần tử áp điện (đầu), làm biến dạng phân tử nằm giữa các điện cực - nguồn và cống, đồng thời điều chỉnh độ dẫn của quá trình chuyển đổi nội phân tử. Độ trong suốt của kênh dòng phân tử phụ thuộc vào mức độ mờ của các hàm sóng của kim loại trong vùng của phân tử fullerene. Một mô hình đơn giản của hiệu ứng bóng bán dẫn này là một hàng rào đường hầm có chiều cao được điều biến độc lập với chiều rộng của nó, tức là phân tử C60 được sử dụng làm hàng rào đường hầm tự nhiên. Ưu điểm được cho là của một nguyên tố như vậy là kích thước nhỏ và thời gian bay của các electron trong chế độ đường hầm rất ngắn so với trường hợp đạn đạo, do đó phản ứng nhanh hơn của nguyên tố hoạt động. Khả năng tích hợp, nghĩa là, tạo ra nhiều hơn một nguyên tố hoạt động trên mỗi phân tử C60, đang được xem xét.
Hạt nano carbon và ống nano
Sau khi phát hiện ra fullerene C60 và C70, trong nghiên cứu các sản phẩm thu được từ quá trình đốt cháy than chì trong hồ quang điện hoặc chùm tia laze mạnh, người ta đã tìm thấy các hạt, bao gồm các nguyên tử carbon, có hình dạng và kích thước chính xác từ hàng chục đến hàng trăm nanomet và do đó, chúng nhận được tên bên cạnh fullerene cũng là hạt nano .
Câu hỏi đặt ra là tại sao phải mất quá nhiều thời gian để phát hiện ra fullerene thu được từ một vật liệu phổ biến như than chì? Có hai lý do chính: thứ nhất, liên kết cộng hóa trị của các nguyên tử carbon rất bền: để phá vỡ nó, cần có nhiệt độ trên 4000 ° C; thứ hai, cần có thiết bị rất tinh vi để phát hiện chúng - kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao. Như đã biết, các hạt nano có thể có hình dạng kỳ lạ nhất. Các dạng carbon khác nhau đã được trình bày ở dạng đã biết. Từ quan điểm thực tế, đối với điện tử nano, hiện đang thay thế vi điện tử, ống nano được quan tâm nhiều nhất. Những thành tạo carbon này được phát hiện vào năm 1991 bởi nhà khoa học Nhật Bản S. Ijima. Các ống nano là các mặt phẳng than chì được cuộn lại dưới dạng hình trụ; chúng có thể là một đầu mở hoặc một đầu kín. Những thành tạo này cũng rất thú vị từ quan điểm khoa học thuần túy, như một mô hình của các cấu trúc một chiều. Thật vậy, các ống nano một lớp có đường kính 9 A (0,9 nm) hiện đã được phát hiện. Trên bề mặt bên, các nguyên tử carbon, như trong mặt phẳng than chì, nằm ở các nút của hình lục giác, nhưng trong các cốc đóng các hình trụ từ các đầu, hình ngũ giác và hình tam giác cũng có thể tồn tại. Thông thường, các ống nano được hình thành ở dạng hình trụ đồng trục.
Khó khăn chính trong việc nghiên cứu các tính chất của sự hình thành ống nano là hiện tại chúng không thể thu được chúng với số lượng vĩ mô sao cho trục của các ống là đồng hướng. Như đã lưu ý, các ống nano đường kính nhỏ đóng vai trò là một mô hình tuyệt vời để nghiên cứu các đặc điểm của cấu trúc một chiều. Có thể kỳ vọng rằng các ống nano, giống như than chì, là chất dẫn điện tốt và có thể là chất siêu dẫn. Nghiên cứu theo những hướng này là một vấn đề cho tương lai gần.
Fullerene là một hợp chất phân tử thuộc nhóm các dạng carbon đẳng hướng và đại diện cho các khối đa diện khép kín lồi bao gồm một số nguyên tử carbon ba phối trí chẵn. Cấu trúc độc đáo của fullerene xác định tính chất vật lý và hóa học độc đáo của chúng.
Các dạng carbon khác: graphene, carbyne, kim cương, fullerene, ống nano carbon, râu ria.
Mô tả và cấu trúc của fullerene:
Fullerene, buckyball hoặc buckyball là một hợp chất phân tử thuộc nhóm các dạng thù hình. carbon và đại diện cho khối đa diện kín lồi, bao gồm một số chẵn các nguyên tử cacbon phối trí ba.
Fullerenes được đặt tên theo cách này theo tên của kỹ sư và kiến trúc sư Richard Buckminster Fuller, người đã thiết kế và xây dựng cấu trúc không gian của "mái vòm trắc địa", là một bán cầu được ghép từ các khối tứ diện. Thiết kế này đã mang lại cho Fuller sự công nhận và danh tiếng quốc tế. Ngày nay, theo sự phát triển của mình, những ngôi nhà mái vòm đang được phát triển và xây dựng. Fullerene về cấu trúc và hình dạng giống với những công trình này của Richard Buckminster Fuller.
Cấu trúc độc đáo của fullerene xác định tính chất vật lý và hóa học độc đáo của chúng. Khi kết hợp với các chất khác, chúng có thể thu được các vật liệu có đặc tính mới về cơ bản.
Trong các phân tử fullerene, các nguyên tử carbon nằm ở các đỉnh của các hình lục giác và ngũ giác tạo nên bề mặt của một hình cầu hoặc hình elip. Đại diện đối xứng nhất và được nghiên cứu đầy đủ nhất của họ fullerene là fullerene (C 60), trong đó các nguyên tử carbon tạo thành một icosahedron bị cắt ngắn bao gồm 20 hình lục giác và 12 hình ngũ giác và giống như một quả bóng đá (là một hình dạng lý tưởng, cực kỳ hiếm trong tự nhiên).
Loại phổ biến tiếp theo là fullerene C 70, khác với fullerene C 60 bằng cách chèn một vành đai gồm 10 nguyên tử carbon vào vùng xích đạo C 60 , do đó phân tử fullerene C 60 bị kéo dài và giống như một quả bóng bầu dục về hình dạng.
Cái gọi là fullerene cao hơn chứa số lượng nguyên tử carbon lớn hơn (lên tới 400 hoặc hơn) được hình thành với số lượng nhỏ hơn nhiều và thường có thành phần đồng phân khá phức tạp. Trong số các fullerene bậc cao được nghiên cứu nhiều nhất, người ta có thể chọn ra C N, Ở đâu N= 74, 76, 78, 80, 82 và 84.
Mối liên hệ giữa các đỉnh, cạnh và mặt của một fullerene có thể được biểu thị bằng một công thức toán học theo định lý Euler cho khối đa diện:
V - P + G = 2,
trong đó B là số đỉnh của đa diện lồi, P là số cạnh của nó và Γ là số mặt.
Điều kiện cần thiết để tồn tại một khối đa diện lồi theo định lý Euler (và theo đó, để tồn tại một fullerene có cấu trúc và hình dạng nhất định) là sự có mặt của chính xác 12 mặt ngũ giác và B /2 — 10 khuôn mặt.
Khả năng tồn tại của fullerene đã được các nhà khoa học Nhật Bản dự đoán vào năm 1971, các nhà khoa học Liên Xô đã chứng minh lý thuyết vào năm 1973. Fullerene được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1985 tại Mỹ.
Hầu như tất cả fullerene thu được một cách nhân tạo. Trong tự nhiên, nó được tìm thấy với số lượng rất nhỏ. Nó được hình thành trong quá trình đốt cháy khí tự nhiên và sét, và cũng được tìm thấy với số lượng rất nhỏ trong shungites, fulgurites, thiên thạch và trầm tích đáy, có tuổi lên tới 65 triệu năm.
Các hợp chất fullerene:
Fullerene dễ dàng tham gia vào các hợp chất với các nguyên tố hóa học khác. Hiện tại, hơn 3 nghìn hợp chất mới và dẫn xuất đã được tổng hợp dựa trên fullerene.
Nếu phân tử fullerene, ngoài các nguyên tử carbon, bao gồm các nguyên tử của các nguyên tố hóa học khác, thì nếu các nguyên tử của các nguyên tố hóa học khác nằm bên trong lồng carbon, thì các fullerene như vậy được gọi là endoh thờ, nếu bên ngoài - exohedral.
Ưu điểm và tính chất của fullerene:
- vật liệu sử dụng fullerene đã tăng cường độ, chống mài mòn, ổn định nhiệt và hóa học và giảm mài mòn,
– các tính chất cơ học của fullerene giúp chúng ta có thể sử dụng chúng như một chất bôi trơn rắn chống ma sát hiệu quả cao. Trên bề mặt của các chất đối kháng, chúng tạo thành một màng polyme fullerene bảo vệ dày hàng chục và hàng trăm nanomet, giúp bảo vệ chống lại sự xuống cấp do nhiệt và oxy hóa, tăng tuổi thọ của các bộ phận ma sát trong các tình huống khẩn cấp lên 3-8 lần, tăng độ ổn định nhiệt của chất bôi trơn lên đến 400-500 ° C và khả năng chịu lực của các bộ phận ma sát lên 2-3 lần, mở rộng phạm vi áp suất làm việc của các bộ phận ma sát lên 1,5-2 lần, giảm thời gian chạy của các bộ phận đối trọng,
– fullerene có khả năng trùng hợp và tạo thành màng mỏng,
– giảm mạnh độ trong suốt của dung dịch fullerene khi cường độ bức xạ quang học vượt quá một giá trị tới hạn nhất định do tính chất quang học phi tuyến,
– khả năng sử dụng fullerene làm cơ sở cho cửa chớp quang học phi tuyến được sử dụng để bảo vệ các thiết bị quang học khỏi bức xạ quang học mạnh,
- fullerenes có khả năng thể hiện các tính chất của chất chống oxy hóa hoặc tác nhân oxy hóa. BẰNG chất chống oxy hóa chúng vượt quá hoạt động của tất cả các chất chống oxy hóa đã biết từ 100-1000 lần. Các thí nghiệm được thực hiện trên những con chuột được nuôi bằng fullerene trong dầu ô liu. Đồng thời, chuột sống lâu gấp đôi bình thường, và hơn nữa, cho thấy khả năng chống lại tác động của các yếu tố độc hại tăng lên,
– là một chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm ~1,5 eV và tính chất của nó về nhiều mặt tương tự như tính chất của các chất bán dẫn khác,
– Fullerene C60, đóng vai trò phối tử, tương tác với kiềm và một số kim loại khác. Trong trường hợp này, các hợp chất phức tạp có thành phần Me 3 C60 được hình thành, có đặc tính của chất siêu dẫn.
Thuộc tính phân tử fullerene*:
* đối với fullerene C60.
Thu được fullerene:
Các cách chính để thu được fullerene là:
- đốt cháy các điện cực than chì trong hồ quang điện trong khí quyển heli ở áp suất thấp,
- Thuốc và chế phẩm dược phẩm,
- máy biến đổi địa chất ma sát,
- mỹ phẩm,
- như một chất phụ gia để thu được kim cương tổng hợp phương pháp áp suất cao. Sản lượng kim cương tăng 30%,
Hệ thống vắt sữa bò bằng máy tự động "St...
Máy tính lượng tử
Xe buýt điện có sạc năng động...
Máy tính xách tay chắc chắn dựa trên Elbrus-1C+...
Fulleren, bóng xô, hoặc bóng xô- một hợp chất phân tử thuộc loại các dạng thù hình của carbon và đại diện cho các khối đa diện kín lồi bao gồm một số chẵn các nguyên tử carbon ba phối trí. Fullerenes được đặt tên theo kỹ sư và kiến trúc sư Richard Buckminster Fuller, người có cấu trúc trắc địa được xây dựng trên nguyên tắc này. Ban đầu, lớp khớp này chỉ giới hạn ở các cấu trúc chỉ chứa các mặt ngũ giác và lục giác. Lưu ý rằng đối với sự tồn tại của một đa diện khép kín như vậy được xây dựng từ N các đỉnh chỉ tạo thành các mặt ngũ giác và lục giác, theo định lý Euler cho khối đa diện , khẳng định tính hợp lệ của đẳng thức | n| − | đ| + | f | = 2 (\displaystyle |n|-|e|+|f|=2)(Ở đâu | n| , | đ| (\displaystyle |n|,|e|) Và | f | (\displaystyle |f|) tương ứng là số đỉnh, số cạnh và số mặt), điều kiện cần là có đúng 12 mặt ngũ giác và n / 2 − 10 (\displaystyle n/2-10) cạnh lục giác. Nếu phân tử fullerene, ngoài các nguyên tử carbon, bao gồm các nguyên tử của các nguyên tố hóa học khác, thì nếu các nguyên tử của các nguyên tố hóa học khác nằm bên trong lồng carbon, thì các fullerene như vậy được gọi là endoh thờ, nếu bên ngoài - exohedral.
bách khoa toàn thư YouTube
1 / 2
✪ Bill Joy: Điều tôi "lo lắng, điều tôi" hào hứng
✪ 12 * L "homme qui empoisonna l" Humanité en voulant la sauver
phụ đề
Dịch giả: Marina Gavrilova Biên tập viên: Ahmet Yükseltürk Những công nghệ nào chúng ta có thể sử dụng một cách thực tế để giảm đói nghèo toàn cầu? Điều tôi nhận ra khá bất ngờ. Chúng tôi bắt đầu xem xét những thứ như tỷ lệ tử vong trong thế kỷ 20 và mọi thứ đã được cải thiện như thế nào kể từ đó, và một số điều rất thú vị và đơn giản đã xuất hiện. Có vẻ như kháng sinh đóng vai trò quyết định chứ không phải nước tinh khiết, nhưng thực tế thì ngược lại. Và những thứ rất đơn giản—những công nghệ có sẵn dễ dàng tìm thấy trong những ngày đầu của Internet—có thể thay đổi đáng kể vấn đề đó. Nhưng khi nhìn vào các công nghệ mạnh mẽ hơn như công nghệ nano và kỹ thuật di truyền, cũng như các công nghệ kỹ thuật số mới nổi khác, tôi bắt đầu lo ngại về khả năng lạm dụng trong các lĩnh vực này. Hãy suy nghĩ về điều đó, bởi vì trong lịch sử, nhiều năm trước, chúng ta đã xử lý việc bóc lột con người. Sau đó, chúng tôi đã đưa ra mười điều răn: Ngươi không được giết người. Đó là một quyết định cá nhân. Các khu định cư của chúng tôi bắt đầu tổ chức thành các thành phố. Dân số tăng lên. Và để bảo vệ cá nhân khỏi sự chuyên chế của đám đông, chúng tôi đã đưa ra các khái niệm như quyền tự do của cá nhân. Sau đó, để đối phó với các nhóm lớn, chẳng hạn, ở cấp độ nhà nước, do các hiệp ước không xâm phạm lẫn nhau hoặc do một loạt xung đột, cuối cùng chúng tôi đã đi đến một loại thỏa thuận dàn xếp để giữ hoà Bình. Nhưng ngày nay tình hình đã thay đổi, đây là cái mà người ta gọi là tình trạng bất đối xứng, khi các công nghệ đã trở nên mạnh mẽ đến mức chúng đã vượt ra ngoài biên giới của một quốc gia. Không còn là các quốc gia, mà là các cá nhân có khả năng tiếp cận với vũ khí hủy diệt hàng loạt. Và đây là hệ quả của thực tế là những công nghệ mới này thường là kỹ thuật số. Tất cả chúng ta đều đã thấy trình tự bộ gen. Nếu muốn, bất kỳ ai cũng có thể tải xuống trình tự gen của vi sinh vật gây bệnh từ Internet. Nếu bạn thích, gần đây tôi đã đọc trên một tạp chí khoa học rằng chủng cúm năm 1918 quá nguy hiểm để vận chuyển. Và nếu ai đó cần sử dụng nó trong nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, thì nên thiết kế ngược lại nó để không gây nguy hiểm cho thư. Những cơ hội như vậy chắc chắn tồn tại. Do đó, các nhóm nhỏ người có quyền truy cập vào loại công nghệ tự sao chép này, cho dù là công nghệ sinh học hay công nghệ khác, đều gây ra mối nguy hiểm rõ ràng. Và điều nguy hiểm là trên thực tế, chúng có thể tạo ra một đại dịch. Và chúng ta không có kinh nghiệm thực tế về đại dịch, và với tư cách là một xã hội, chúng ta không giỏi đối phó với những điều không quen thuộc. Thực hiện các biện pháp phòng ngừa không phải là bản chất của chúng tôi. Và trong trường hợp này, công nghệ không giải quyết được vấn đề, vì nó chỉ mở ra nhiều cơ hội hơn cho con người. Russell, Einstein và những người khác, khi thảo luận về vấn đề này một cách nghiêm túc hơn nhiều, tôi nghĩ là vào đầu thế kỷ XX, đã đi đến kết luận rằng quyết định không chỉ được đưa ra bởi cái đầu mà còn bởi trái tim. Lấy ví dụ, các cuộc thảo luận cởi mở và tiến bộ đạo đức. Lợi thế mà nền văn minh mang lại cho chúng ta là khả năng không sử dụng vũ lực. Quyền của chúng tôi trong xã hội được bảo vệ chủ yếu thông qua các biện pháp pháp lý. Để hạn chế sự nguy hiểm của những thứ mới này, cần hạn chế sự tiếp cận của các cá nhân với những nguồn tạo ra đại dịch. Chúng ta cũng cần có những biện pháp phòng vệ đáng kể, bởi vì hành động của những kẻ điên có thể không thể đoán trước. Và điều khó chịu nhất là làm điều gì đó tồi tệ dễ dàng hơn nhiều so với việc phát triển khả năng phòng thủ trong mọi tình huống có thể xảy ra; vì vậy thủ phạm luôn có lợi thế bất đối xứng. Đây là những suy nghĩ tôi đã nghĩ vào năm 1999 và 2000; bạn bè của tôi thấy rằng tôi đã chán nản và lo lắng cho tôi. Sau đó, tôi ký hợp đồng viết một cuốn sách mà tôi dự định bày tỏ những suy nghĩ u ám của mình, và chuyển đến một phòng khách sạn ở New York với một phòng đầy sách về bệnh dịch hạch và về các vụ đánh bom hạt nhân ở New York; tạo ra một bầu không khí, trong một từ. Và tôi đã ở đó vào ngày 11 tháng 9, đứng trên đường với mọi người. Một cái gì đó không thể tin được đã xảy ra. Tôi thức dậy vào sáng hôm sau và rời khỏi thành phố, tất cả những chiếc xe tải dọn dẹp đã đậu trên đường Houston, sẵn sàng dọn dẹp đống đổ nát. Tôi đi giữa phố, đến nhà ga; mọi thứ bên dưới Phố 14 đã bị phong tỏa. Thật không thể tin được, nhưng không dành cho những người có một căn phòng đầy sách. Thật đáng ngạc nhiên là nó đã xảy ra ngay lúc đó, nhưng không ngạc nhiên là nó đã xảy ra ngay từ đầu. Mọi người sau đó bắt đầu viết về nó. Hàng ngàn người bắt đầu viết về nó. Và cuối cùng, tôi đã từ chối cuốn sách, và sau đó Chris gọi cho tôi với lời đề nghị phát biểu tại một hội nghị. Tôi không nói về nó nữa, bởi vì không có nó thì đã có đủ chuyện buồn xảy ra rồi. Nhưng tôi đã đồng ý đến và nói vài lời về nó. Và tôi cho rằng chúng ta không nên từ bỏ pháp quyền trong việc đối phó với các mối đe dọa bất đối xứng, điều mà những người cầm quyền dường như đang làm vào lúc này, bởi vì điều đó đồng nghĩa với việc từ bỏ nền văn minh. Và chúng ta không thể chống lại mối đe dọa theo cách ngu ngốc mà chúng ta vẫn làm, bởi vì một hành động trị giá hàng triệu đô la dẫn đến thiệt hại hàng tỷ đô la và một biện pháp đối phó hàng nghìn tỷ đô la không hiệu quả và gần như chắc chắn làm trầm trọng thêm vấn đề. Bạn không thể chiến đấu với thứ gì đó nếu chi phí là một triệu ăn một và cơ hội thành công là một ăn một triệu. Sau khi từ chối cuốn sách khoảng một năm trước, tôi đã vinh dự được tham gia Kleiner Perkins và có cơ hội làm việc về đổi mới thông qua đầu tư mạo hiểm, cố gắng tìm ra những đổi mới có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề lớn. Trong những việc như vậy, chênh lệch mười lần có thể dẫn đến lợi ích gấp nghìn lần. Tôi đã rất ngạc nhiên vào năm ngoái bởi chất lượng đáng kinh ngạc và động lực đổi mới đã đến tay tôi. Đôi khi nó chỉ đơn giản là ngoạn mục. Tôi rất biết ơn Google và Wikipedia vì tôi có thể hiểu ít nhất một chút về những gì mọi người đang nói. Tôi muốn nói với bạn về ba lĩnh vực mang lại cho tôi hy vọng đặc biệt liên quan đến các vấn đề mà tôi đã viết trong một bài báo trên tạp chí Wired. Lĩnh vực đầu tiên là giáo dục nói chung, và về bản chất, điều này đề cập đến những gì Nicholas (Nicholas Negroponte) đã nói về những chiếc máy tính 100 đô la. Định luật Moore còn lâu mới cạn kiệt. Các bóng bán dẫn tiên tiến nhất hiện nay là 65 nanomet và tôi đã rất vui khi đầu tư vào các công ty mang lại cho tôi niềm tin lớn rằng Định luật Moore sẽ hoạt động ở kích thước khoảng 10 nanomet. Một lần giảm kích thước khác, chẳng hạn, theo hệ số 6, sẽ cải thiện hiệu suất của chip theo hệ số 100. Vì vậy, về mặt thực tế, nếu một thứ gì đó có giá khoảng 1.000 đô la ngày hôm nay, chẳng hạn như chiếc máy tính cá nhân tốt nhất mà bạn có thể mua, thì giá của nó vào năm 2020, tôi nghĩ, có thể là 10 đô la. Không tệ? Hãy tưởng tượng chiếc máy tính 100 đô la đó sẽ có giá bao nhiêu vào năm 2020 như một công cụ học tập. Tôi nghĩ thách thức của chúng ta -- và tôi chắc chắn là sẽ như vậy, là phát triển loại thiết bị hỗ trợ giảng dạy và mạng lưới cho phép chúng ta sử dụng thiết bị này. Tôi tin chắc rằng chúng ta có những chiếc máy tính cực kỳ mạnh mẽ, nhưng chúng ta không có phần mềm tốt cho chúng. Và chỉ sau một thời gian, phần mềm tốt hơn xuất hiện, bạn chạy nó trên một chiếc máy 10 năm tuổi và nói, "Chúa ơi, chiếc máy đó có khả năng chạy nhanh như vậy không? "Tôi nhớ khi giao diện Apple Mac được đặt lại trên Apple II. Apple II hoạt động tốt với giao diện đó, chỉ là chúng tôi không biết làm thế nào vào thời điểm đó. Dựa trên thực tế là Định luật Moore đã hoạt động cho 40 năm nữa, chúng ta có thể cho rằng nó sẽ như vậy. Rồi chúng ta biết máy tính sẽ như thế nào vào năm 2020. Thật tuyệt khi chúng ta có những sáng kiến để giáo dục và khai sáng cho mọi người trên khắp thế giới, bởi vì đây là sức mạnh to lớn của thế giới. Và chúng ta có thể cung cấp cho mọi người trên thế giới máy tính 100 đô la hoặc máy tính 10 đô la trong vòng 15 năm tới. Lĩnh vực thứ hai mà tôi đang tập trung vào là vấn đề môi trường, bởi vì nó có tác động mạnh mẽ đến toàn thế giới. Al Gore sẽ sớm nói thêm về vấn đề này .Chúng tôi nghĩ rằng có một loại xu hướng của Định luật Moore rằng các vật liệu mới là động lực thúc đẩy sự tiến bộ trong lĩnh vực sinh thái. Chúng tôi có một nhiệm vụ khó khăn trước mắt, bởi vì dân số đô thị đã tăng lên m thế kỷ từ 2 đến 6 tỷ trong một khoảng thời gian rất ngắn. Mọi người đang di chuyển đến các thành phố. Mọi người đều cần nước sạch, năng lượng, phương tiện giao thông và chúng tôi muốn phát triển các thành phố theo con đường xanh. Các ngành công nghiệp hoạt động khá hiệu quả. Chúng tôi đã cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và tài nguyên, nhưng lĩnh vực tiêu dùng, đặc biệt là ở Mỹ, rất kém hiệu quả. Các vật liệu mới mang lại sự đổi mới đáng kinh ngạc đến mức có lý do chính đáng để hy vọng rằng chúng sẽ đủ lợi nhuận để tung ra thị trường. Tôi muốn đưa ra một ví dụ cụ thể về chất liệu mới được phát hiện cách đây 15 năm. Đây là những ống nano carbon mà Iijima đã phát hiện ra vào năm 1991 và chúng có những đặc tính đáng kinh ngạc. Đây là những điều chúng tôi khám phá ra khi bắt đầu thiết kế ở cấp độ nano. Sức mạnh của chúng nằm ở chỗ nó thực tế là vật liệu bền nhất, có khả năng chống co giãn tốt nhất được biết đến. Chúng rất, rất cứng và có rất ít độ giãn. Ví dụ, ở hai chiều, nếu chúng được làm thành vải, thì nó sẽ bền gấp 30 lần so với Kevlar. Và nếu bạn tạo ra một cấu trúc ba chiều, giống như một quả bóng xô, nó sẽ có những đặc tính đáng kinh ngạc. Nếu bạn bắn phá nó bằng các hạt và đục một lỗ trên nó, nó sẽ tự sửa chữa, sửa chữa nó một cách nhanh chóng, trong vòng vài giây, điều này không .. Rất nhanh. (Tiếng cười) Nếu bạn thắp sáng nó, nó sẽ tạo ra điện. Đèn flash ảnh có thể khiến nó bốc cháy. Khi nhiễm điện, nó phát ra ánh sáng. Dòng điện có thể chạy qua nó nhiều hơn hàng nghìn lần so với qua một miếng kim loại. Chúng có thể được chế tạo thành cả chất bán dẫn loại p và n, nghĩa là chúng có thể được chế tạo thành bóng bán dẫn. Chúng dẫn nhiệt dọc theo chiều dài, nhưng không dẫn nhiệt theo chiều ngang - bạn không thể nói về độ dày ở đây mà chỉ nói về hướng ngang - nếu bạn đặt chúng chồng lên nhau; đây cũng là một tính chất của sợi carbon. Nếu bạn đặt các hạt vào chúng và bắn chúng, chúng sẽ hoạt động giống như máy gia tốc tuyến tính thu nhỏ hoặc súng điện tử. Bên trong ống nano quá nhỏ - nhỏ nhất trong số chúng là 0,7 nm - về bản chất, nó đã là một thế giới lượng tử. Không gian kỳ lạ này nằm bên trong ống nano. Vì vậy, chúng tôi bắt đầu hiểu và đã có sẵn các kế hoạch kinh doanh, những điều mà Lisa Randel đang nói đến. Tôi đã có một kế hoạch kinh doanh trong đó tôi cố gắng tìm hiểu thêm về các phép đo vũ trụ của Witten để cố gắng hiểu điều gì đang diễn ra trong vật liệu nano được đề xuất. Vì vậy, chúng ta thực sự đã ở giới hạn bên trong ống nano. Đó là, chúng tôi thấy rằng có thể tạo ra những thứ có đặc tính khác với những vật liệu này và các vật liệu mới khác - nhẹ và bền - và sử dụng những vật liệu mới này để giải quyết các vấn đề môi trường. Vật liệu mới có thể tạo ra nước, vật liệu mới có thể làm cho pin nhiên liệu hoạt động tốt hơn, vật liệu mới xúc tác các phản ứng hóa học giúp giảm ô nhiễm, v.v. Ethanol - phương pháp sản xuất ethanol mới. Những cách mới để xây dựng phương tiện giao thông điện. Giấc mơ xanh -- bởi vì nó có thể có ích. Và chúng tôi đã đầu tư -- gần đây chúng tôi đã thành lập một quỹ mới, chúng tôi đã đầu tư 100 triệu đô la vào loại hình đầu tư này. Chúng tôi tin rằng Genentech, Compaq, Lotus, Sun, Netscape, Amazon và Google sẽ xuất hiện ở những khu vực này vì cuộc cách mạng vật liệu này sẽ thúc đẩy tiến bộ. Lĩnh vực thứ ba mà chúng tôi đang nghiên cứu, lĩnh vực mà chúng tôi vừa công bố vào tuần trước tại New York. Chúng tôi đã thành lập một quỹ đặc biệt trị giá 200 triệu đô la để phát triển an toàn sinh học chống lại đại dịch. Và để cung cấp cho bạn một ý tưởng, quỹ gần đây nhất mà Kleiner thành lập được định giá 400 triệu đô la, vì vậy đó là một quỹ rất lớn đối với anh ấy. Những gì chúng tôi đã làm trong vài tháng qua - vài tháng trước, Ray Kurzweil và tôi đã viết một bài bình luận trên tờ The New York Times về mức độ nguy hiểm của việc công bố bộ gen của bệnh cúm năm 1918. John Derr, Brooke và những người khác trở nên lo lắng về điều này [không rõ ràng], và chúng tôi bắt đầu nghiên cứu cách thế giới chuẩn bị cho đại dịch. Chúng tôi đã thấy nhiều lỗ hổng. Chúng tôi tự hỏi liệu có thể tìm thấy những đổi mới như vậy để lấp đầy những khoảng trống này không? Và Brooks đã nói với tôi vào giờ nghỉ giải lao rằng anh ấy đã tìm thấy rất nhiều thứ, rất nhiều điều phấn khích khiến anh ấy không thể ngủ được, rất nhiều công nghệ tuyệt vời mà chúng ta có thể đào sâu vào chúng. Chúng tôi cần chúng, bạn biết đấy. Chúng tôi có một loại thuốc kháng vi-rút dự trữ; họ nói rằng nó vẫn hoạt động. Đây là Tamiflu. Tuy nhiên, virus Tamiflu đã kháng thuốc. Anh ta kháng Tamiflu. Từ kinh nghiệm với AIDS, chúng tôi thấy rằng các loại cocktail có tác dụng tốt, nghĩa là cần có một số loại thuốc để kháng virus. Chúng ta cần nghiên cứu điều này sâu hơn. Chúng tôi cần các nhóm có thể tìm ra những gì đang xảy ra. Chúng ta cần chẩn đoán nhanh để có thể xác định một chủng cúm mới được phát hiện gần đây. Bạn cần có khả năng nhanh chóng thực hiện chẩn đoán cấp tốc. Chúng tôi cần thuốc kháng vi-rút mới và cocktail. Chúng ta cần những loại vắc-xin mới. vắc xin phổ rộng. Vắc xin có thể được sản xuất nhanh chóng. Cocktail, vắc-xin mạnh hơn. Vắc-xin thông thường có tác dụng chống lại 3 chủng có thể xảy ra. Chúng tôi không biết cái nào đang hoạt động. Chúng tôi tin rằng nếu có thể lấp đầy 10 khoảng trống này, chúng tôi sẽ có thể thực sự giảm nguy cơ xảy ra đại dịch. Cúm mùa thông thường và đại dịch có tỷ lệ 1:1000 về số người chết, và tất nhiên tác động đến nền kinh tế là rất lớn. Vì vậy, chúng tôi rất vui mừng vì chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể tài trợ cho 10 hoặc ít nhất là tăng tốc 10 dự án và đưa chúng ra thị trường trong vài năm tới. Vì vậy, nếu công nghệ có thể giúp giải quyết các vấn đề trong giáo dục, môi trường và đại dịch, liệu điều đó có giải quyết được vấn đề lớn hơn mà tôi đã thảo luận trên tạp chí Wired không? Tôi e rằng câu trả lời thực sự là không, bởi vì không thể giải quyết vấn đề quản lý công nghệ với cùng một công nghệ. Nếu quyền lực vô hạn được để sẵn miễn phí, thì một số rất ít người sẽ có thể sử dụng nó cho mục đích riêng của họ. Bạn không thể chiến đấu khi tỷ lệ cược là một triệu ăn một. Những gì chúng ta cần là luật hiệu quả hơn. Ví dụ, những gì chúng ta có thể làm, một cái gì đó chưa có trong không khí chính trị, nhưng có lẽ với sự thay đổi chính quyền sẽ là - là việc sử dụng thị trường. Thị trường là một lực lượng rất mạnh mẽ. Ví dụ, thay vì cố gắng điều chỉnh các vấn đề, mà có lẽ sẽ không hiệu quả, nếu chúng ta có thể đưa chi phí thảm họa vào chi phí kinh doanh, để những người làm việc trong lĩnh vực kinh doanh rủi ro cao có thể phòng ngừa rủi ro. . Ví dụ: bạn có thể sử dụng điều này để tiếp thị một loại thuốc. Nó sẽ không phải được sự chấp thuận của các cơ quan quản lý; nhưng bạn sẽ phải thuyết phục công ty bảo hiểm rằng nó an toàn. Và nếu bạn áp dụng khái niệm bảo hiểm trên quy mô lớn hơn, bạn có thể sử dụng một lực mạnh hơn, sức mạnh của thị trường, để cung cấp thông tin phản hồi. Làm thế nào pháp luật như vậy có thể được thi hành? Tôi nghĩ rằng pháp luật như vậy nên được hỗ trợ. Mọi người cần phải chịu trách nhiệm. Luật pháp yêu cầu trách nhiệm giải trình. Cho đến nay, các nhà khoa học, công nghệ, doanh nhân, kỹ sư không chịu trách nhiệm cá nhân về hậu quả hành động của họ. Nếu bạn làm một cái gì đó, bạn cần phải làm điều đó theo quy định của pháp luật. Và cuối cùng, tôi nghĩ chúng ta nên làm - gần như không thể nói - chúng ta nên bắt đầu thiết kế tương lai. Chúng ta không thể chọn tương lai, nhưng chúng ta có thể thay đổi hướng đi của nó. Khoản đầu tư của chúng tôi vào việc cố gắng ngăn chặn đại dịch cúm ảnh hưởng đến việc phân phối các kết quả có thể xảy ra. Chúng ta có thể không ngăn chặn được đại dịch, nhưng chúng ta ít có khả năng bị ảnh hưởng nếu tập trung vào vấn đề này. Bằng cách này, chúng ta có thể thiết kế tương lai bằng cách chọn những gì chúng ta muốn xảy ra và ngăn chặn những gì chúng ta không muốn, đồng thời hướng sự phát triển đến một nơi ít rủi ro hơn. Phó Tổng thống Gore sẽ nói về cách chúng ta có thể hướng quỹ đạo khí hậu đến một khu vực có khả năng xảy ra thảm họa thấp. Nhưng điều quan trọng nhất chúng ta phải làm là chúng ta phải giúp đỡ những người tốt, những người đang phòng thủ, có lợi thế hơn những người có thể lợi dụng tình hình. Và những gì chúng tôi phải làm là hạn chế quyền truy cập vào một số thông tin nhất định. Với những giá trị mà chúng ta lớn lên cùng, giá trị cao mà chúng ta gắn cho quyền tự do ngôn luận là khó chấp nhận -- thật khó để tất cả chúng ta chấp nhận. Điều này đặc biệt khó khăn đối với các nhà khoa học, những người nhớ đến cuộc đàn áp mà Galileo phải chịu, nhưng vẫn chiến đấu chống lại nhà thờ. Nhưng đây là cái giá của nền văn minh. Cái giá của việc duy trì luật pháp là hạn chế khả năng tiếp cận quyền lực vô hạn. Cám ơn vì sự quan tâm của bạn. (Vỗ tay)
Lịch sử khám phá
Fullerene trong tự nhiên
Sau khi thu được trong điều kiện phòng thí nghiệm, các phân tử carbon đã được tìm thấy trong một số mẫu của shungite Bắc Karelia ở fulgurites, thiên thạch và trầm tích đáy của Hoa Kỳ và Ấn Độ, có tuổi đời lên tới 65 triệu năm.
Fullerene cũng được tìm thấy với số lượng lớn trong không gian: năm 2010 ở dạng khí, năm 2012 - ở dạng rắn.
đặc tính kết cấu
Sự hình thành phân tử của cacbon ở dạng khối icosahedron bị cắt ngắn có khối lượng 720 amu. e.m. Trong các phân tử fullerene, các nguyên tử carbon nằm ở các đỉnh của hình lục giác và ngũ giác, tạo nên bề mặt của một hình cầu hoặc hình elip. Đại diện đối xứng nhất và được nghiên cứu đầy đủ nhất của họ fullerene là fullerene (C 60), trong đó các nguyên tử carbon tạo thành một khối icosahedron cắt ngắn bao gồm 20 hình lục giác và 12 hình ngũ giác và giống như một quả bóng đá (là một hình dạng lý tưởng, cực kỳ hiếm trong tự nhiên) . Vì mỗi nguyên tử carbon của fullerene C 60 đồng thời thuộc về hai hình lục giác và một hình ngũ giác, nên tất cả các nguyên tử trong C 60 đều tương đương nhau, điều này được xác nhận bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) của đồng vị 13 C - nó chỉ chứa một vạch. Tuy nhiên, không phải tất cả các liên kết C-C đều có cùng độ dài. Liên kết C=C, là cạnh chung của hai hình lục giác, là 1,39 Å và liên kết C-C, chung cho hình lục giác và ngũ giác, dài hơn và bằng 1,44 Å. Ngoài ra, liên kết của loại thứ nhất là liên kết đôi và liên kết thứ hai là liên kết đơn, điều này rất cần thiết cho tính chất hóa học của C 60 fullerene. Trên thực tế, nghiên cứu tính chất của fullerene thu được với số lượng lớn cho thấy sự phân bố các tính chất khách quan của chúng (hoạt tính hóa học và hấp phụ) thành 4 đồng phân fullerene ổn định, được xác định tự do bởi thời gian thoát khác nhau từ cột hấp phụ của máy sắc ký lỏng độ phân giải cao . Trong trường hợp này, khối lượng nguyên tử của cả 4 đồng phân là tương đương - nó có khối lượng 720 amu. ăn.
Phổ biến nhất tiếp theo là fullerene C 70, khác với fullerene C 60 bằng cách chèn một vành đai gồm 10 nguyên tử carbon vào vùng xích đạo C 60, do đó phân tử 34 được kéo dài và giống như một quả bóng bầu dục trong hình dạng của nó .
Cái gọi là fullerene cao hơn chứa số lượng nguyên tử carbon lớn hơn (lên tới 400) được hình thành với số lượng nhỏ hơn nhiều và thường có thành phần đồng phân khá phức tạp. Trong số các fullerene bậc cao được nghiên cứu nhiều nhất, người ta có thể chọn ra C N , N=74, 76, 78, 80, 82 và 84.
tổng hợp
Các fullerene đầu tiên được phân lập từ hơi than chì ngưng tụ thu được bằng cách chiếu tia laze vào các mẫu than chì rắn. Trên thực tế, chúng là dấu vết của chất này. Bước quan trọng tiếp theo được thực hiện vào năm 1990 bởi W. Kretchmer, Lamb, D. Huffman và những người khác, họ đã phát triển một phương pháp thu được lượng gam fullerene bằng cách đốt cháy các điện cực than chì trong hồ quang điện trong khí quyển heli ở áp suất thấp. Trong quá trình xói mòn cực dương, bồ hóng chứa một lượng fullerene nhất định lắng xuống thành buồng. Bồ hóng được hòa tan trong benzen hoặc toluene, và lượng gam phân tử C 60 và C 70 được phân lập ở dạng tinh khiết từ dung dịch thu được theo tỷ lệ 3: 1 và khoảng 2% fullerene nặng hơn. Sau đó, có thể chọn các thông số tối ưu của quá trình bay hơi điện cực (áp suất, thành phần khí quyển, dòng điện, đường kính điện cực), tại đó đạt được năng suất fullerene cao nhất, trung bình 3–12% vật liệu cực dương, cuối cùng xác định mức cao chi phí của fullerene.
Lúc đầu, mọi nỗ lực của các nhà thí nghiệm nhằm tìm ra các phương pháp rẻ hơn và hiệu quả hơn để thu được số lượng gam fullerene (đốt cháy hydrocarbon trong ngọn lửa, tổng hợp hóa học, v.v.) đều không thành công và phương pháp “hồ quang” vẫn là phương pháp hiệu quả nhất trong một thời gian dài (năng suất khoảng 1 g / h) . Sau đó, Mitsubishi quản lý để thiết lập sản xuất fullerene công nghiệp bằng cách đốt cháy hydrocarbon, nhưng fullerene như vậy có chứa oxy, và do đó phương pháp hồ quang vẫn là phương pháp phù hợp duy nhất để thu được fullerene tinh khiết.
Cơ chế hình thành fullerene trong hồ quang vẫn chưa rõ ràng, vì các quá trình xảy ra trong vùng cháy hồ quang không ổn định về mặt nhiệt động, điều này làm phức tạp đáng kể việc xem xét lý thuyết của chúng. Người ta chỉ khẳng định chắc chắn rằng fullerene được tổng hợp từ các nguyên tử carbon riêng lẻ (hoặc các mảnh C 2). Để chứng minh, than chì 13 C có độ tinh khiết cao đã được sử dụng làm điện cực anot, điện cực còn lại được làm bằng than chì 12 C thông thường. Sau khi chiết xuất fullerene, NMR đã chỉ ra rằng các nguyên tử 12 C và 13 C nằm ngẫu nhiên trên bề mặt của fullerene. Điều này cho thấy sự phân rã của vật liệu than chì thành các nguyên tử riêng lẻ hoặc các mảnh ở cấp độ nguyên tử và sự kết hợp sau đó của chúng thành một phân tử fullerene. Hoàn cảnh này buộc phải từ bỏ bức tranh trực quan về sự hình thành fullerene do sự gấp nếp của các lớp than chì nguyên tử thành những quả cầu kín.
Sự gia tăng tương đối nhanh chóng về tổng số cơ sở sản xuất fullerene và công việc liên tục cải tiến các phương pháp tinh chế chúng đã giúp giảm đáng kể chi phí của C 60 trong 17 năm qua - từ 10 nghìn xuống còn 10-15 đô la mỗi gam, đã đưa chúng đến ranh giới của việc sử dụng công nghiệp thực sự của chúng. .
Thật không may, mặc dù đã tối ưu hóa phương pháp Huffman-Kretchmer (HK), nhưng không thể tăng sản lượng fullerene lên hơn 10-20% tổng khối lượng than chì bị cháy. Do chi phí tương đối cao của sản phẩm ban đầu, than chì, phương pháp này có những hạn chế cơ bản. Nhiều nhà nghiên cứu tin rằng sẽ không thể giảm chi phí của fullerene thu được bằng phương pháp XC xuống dưới vài đô la mỗi gam. Do đó, nỗ lực của một số nhóm nghiên cứu là nhằm tìm kiếm các phương pháp thay thế để thu được fullerene. Công ty Mitsubishi đã đạt được thành công lớn nhất trong lĩnh vực này, công ty đã quản lý để thiết lập sản xuất công nghiệp fullerene bằng cách đốt cháy hydrocarbon trong ngọn lửa. Chi phí của fullerene như vậy là khoảng $5/gram (2005), điều này không ảnh hưởng đến chi phí của fullerene hồ quang điện.
Cần lưu ý rằng chi phí cao của fullerene không chỉ được xác định bởi năng suất thấp của chúng trong quá trình đốt cháy than chì, mà còn bởi khó khăn trong việc cô lập, tinh chế và tách fullerene có khối lượng khác nhau khỏi muội than. Cách tiếp cận thông thường như sau: bồ hóng thu được khi đốt than chì được trộn với toluene hoặc dung môi hữu cơ khác (có khả năng hòa tan fullerene hiệu quả), sau đó hỗn hợp này được lọc hoặc ly tâm và dung dịch còn lại được làm bay hơi. Sau khi loại bỏ dung môi, vẫn còn một kết tủa tinh thể mịn sẫm màu - hỗn hợp các fullerene, thường được gọi là fullerite. Thành phần của fullerite bao gồm các dạng tinh thể khác nhau: các tinh thể nhỏ của các phân tử C 60 và C 70 và các tinh thể C 60 /C 70 là dung dịch rắn. Ngoài ra, fullerite luôn chứa một lượng nhỏ fullerene cao hơn (lên đến 3%). Việc tách hỗn hợp fullerene thành các phần phân tử riêng lẻ được thực hiện bằng phương pháp sắc ký cột lỏng và sắc ký lỏng cao áp (HPLC). Loại thứ hai chủ yếu được sử dụng để phân tích độ tinh khiết của fullerene bị cô lập, vì độ nhạy phân tích của phương pháp HPLC rất cao (lên tới 0,01%). Cuối cùng, giai đoạn cuối cùng là loại bỏ dư lượng dung môi khỏi mẫu fullerene rắn. Nó được thực hiện bằng cách giữ mẫu ở nhiệt độ 150-250 °C trong điều kiện chân không động (khoảng 0,1 Torr).
Tính chất vật lý và giá trị ứng dụng
Fullerit
Các hệ thống ngưng tụ bao gồm các phân tử fullerene được gọi là fullerites. Hệ thống được nghiên cứu nhiều nhất thuộc loại này là tinh thể C 60, ít hơn - hệ thống tinh thể C 70. Các nghiên cứu về tinh thể của fullerene cao hơn bị cản trở bởi sự phức tạp trong quá trình điều chế chúng.
Các nguyên tử carbon trong phân tử fullerene được liên kết bởi liên kết σ- và π, trong khi không có liên kết hóa học (theo nghĩa thông thường của từ này) giữa các phân tử fullerene riêng lẻ trong tinh thể. Do đó, trong một hệ thống ngưng tụ, các phân tử riêng lẻ vẫn giữ được tính cá nhân của chúng (điều này rất quan trọng khi xem xét cấu trúc điện tử của tinh thể). Các phân tử được giữ trong tinh thể bởi lực van der Waals, xác định phần lớn các tính chất vĩ mô của chất rắn C 60 .
Ở nhiệt độ phòng, tinh thể C 60 có mạng tinh thể lập phương tâm diện (fcc) với hằng số 1,415 nm, nhưng khi nhiệt độ giảm, xảy ra quá trình chuyển pha bậc một (T cr ≈ 260) và tinh thể C 60 thay đổi cấu trúc của nó thành một khối đơn giản (hằng số mạng 1,411 nm). Ở nhiệt độ T > Tcr, các phân tử C 60 quay ngẫu nhiên quanh tâm cân bằng của chúng, khi hạ xuống nhiệt độ tới hạn thì hai trục quay bị đóng băng. Sự đóng băng hoàn toàn các chuyển động quay xảy ra ở 165 K. Cấu trúc tinh thể của C 70 ở nhiệt độ theo thứ tự nhiệt độ phòng đã được nghiên cứu chi tiết trong công trình. Theo kết quả của công việc này, các tinh thể loại này có mạng tinh thể tập trung vào cơ thể (bcc) với một hỗn hợp nhỏ của pha lục giác.
Tính chất quang phi tuyến
Một phân tích về cấu trúc điện tử của fullerene cho thấy sự hiện diện của các hệ thống π-electron, trong đó có các giá trị lớn của độ nhạy phi tuyến. Fullerene thực sự có tính chất quang học phi tuyến tính. Tuy nhiên, do tính đối xứng cao của phân tử C 60, nên việc tạo ra sóng hài thứ hai chỉ có thể xảy ra khi sự bất đối xứng được đưa vào hệ thống (ví dụ, bởi một điện trường bên ngoài). Từ quan điểm thực tế, tốc độ cao (~250 ps), quyết định triệt tiêu thế hệ sóng hài thứ hai, rất hấp dẫn. Ngoài ra, fullerene C 60 cũng có khả năng tạo ra sóng hài thứ ba.
Một lĩnh vực khả thi khác để sử dụng fullerene và trước hết là C 60 là cửa chớp quang học. Khả năng sử dụng vật liệu này cho bước sóng 532 nm đã được chứng minh bằng thực nghiệm. Thời gian đáp ứng ngắn giúp có thể sử dụng fullerene làm bộ hạn chế bức xạ laze và công tắc Q. Tuy nhiên, vì một số lý do, fullerene khó có thể cạnh tranh ở đây với các vật liệu truyền thống. Chi phí cao, khó phân tán fullerene trong kính, khả năng oxy hóa nhanh trong không khí, hệ số không ghi lại độ nhạy phi tuyến và ngưỡng hạn chế bức xạ quang học cao (không phù hợp để bảo vệ mắt) tạo ra những khó khăn nghiêm trọng trong cuộc chiến chống lại các vật liệu cạnh tranh .
Cơ học lượng tử và fullerene
Fullerene ngậm nước (HyFn); (C 60 (H 2 O) n)
C 60 - C 60 HyFn fullerene là một phức hợp siêu phân tử mạnh, ưa nước bao gồm một phân tử C 60 fullerene được bao bọc trong lớp vỏ hydrat hóa đầu tiên, chứa 24 phân tử nước: C 60 @(H 2 O) 24 . Lớp vỏ hydrat hóa được hình thành do sự tương tác của chất cho-chất nhận của các cặp electron đơn lẻ của các phân tử oxy của nước với các trung tâm nhận electron trên bề mặt fullerene. Đồng thời, các phân tử nước định hướng gần bề mặt fullerene được liên kết với nhau bằng một mạng lưới liên kết hydro thể tích. Kích thước của C 60 HyFn tương ứng từ 1,6-1,8 nm. Hiện tại, nồng độ tối đa của C 60 , ở dạng C 60 HyFn, được tạo ra trong nước tương đương với 4 mg/ml. [ kiểm tra liên kết] Ảnh chụp dung dịch nước C 60 HyFn với nồng độ C 60 0,22 mg/ml ở bên phải.
Fullerene làm vật liệu cho công nghệ bán dẫn
Tinh thể phân tử fullerene là một chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm ~1,5 eV và các tính chất của nó phần lớn tương tự như các tính chất của các chất bán dẫn khác. Do đó, một số nghiên cứu đã liên quan đến việc sử dụng fullerene làm vật liệu mới cho các ứng dụng truyền thống trong điện tử: đi-ốt, bóng bán dẫn, tế bào quang điện, v.v. Ở đây, lợi thế của chúng so với silicon truyền thống là thời gian phản ứng ánh sáng ngắn (đơn vị ns). Tuy nhiên, ảnh hưởng của oxy đến độ dẫn điện của màng fullerene hóa ra lại là một nhược điểm đáng kể và do đó, nhu cầu về lớp phủ bảo vệ nảy sinh. Theo nghĩa này, sẽ hứa hẹn hơn khi sử dụng phân tử fullerene như một thiết bị kích thước nano độc lập và đặc biệt, như một phần tử khuếch đại.
Fullerene như một chất cản quang
Dưới tác động của bức xạ nhìn thấy (> 2 eV), tia cực tím và bước sóng ngắn hơn, fullerene trùng hợp và ở dạng này không bị hòa tan bởi dung môi hữu cơ. Như một minh họa về việc sử dụng chất quang dẫn fullerene, người ta có thể đưa ra ví dụ về việc thu được độ phân giải subicron (≈20nm) bằng cách ăn mòn silicon bằng chùm tia điện tử sử dụng mặt nạ bằng màng C 60 đã trùng hợp.
Phụ gia Fullerene cho sự phát triển của màng kim cương bằng phương pháp CVD
Một khả năng thú vị khác của ứng dụng thực tế là việc sử dụng các chất phụ gia fullerene trong sự phát triển của màng kim cương bằng phương pháp CVD (Lắng đọng hơi hóa học). Việc đưa fullerene vào pha khí có hiệu quả từ hai quan điểm: tăng tốc độ hình thành lõi kim cương trên đế và cung cấp các khối xây dựng từ pha khí lên đế. Các mảnh vỡ của C 2 đóng vai trò là các khối xây dựng, hóa ra lại là vật liệu thích hợp cho sự phát triển của màng kim cương. Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng tốc độ tăng trưởng của màng kim cương đạt 0,6 μm/h, cao gấp 5 lần so với khi không sử dụng fullerene. Để có sự cạnh tranh thực sự giữa kim cương và các chất bán dẫn khác trong vi điện tử, cần phải phát triển một phương pháp tạo màng kim cương dị thể, nhưng sự phát triển của màng đơn tinh thể trên đế không phải kim cương vẫn là một vấn đề nan giải. Một cách khả thi để giải quyết vấn đề này là sử dụng lớp đệm fullerene giữa chất nền và màng kim cương. Điều kiện tiên quyết để nghiên cứu theo hướng này là khả năng bám dính tốt của fullerene với hầu hết các vật liệu. Những điều khoản này đặc biệt phù hợp với nghiên cứu chuyên sâu về kim cương để sử dụng chúng trong vi điện tử thế hệ tiếp theo. Hiệu suất cao (tốc độ trôi bão hòa cao); Khả năng dẫn nhiệt và kháng hóa chất cao nhất so với bất kỳ vật liệu nào đã biết khiến kim cương trở thành vật liệu đầy hứa hẹn cho thế hệ điện tử tiếp theo.
Hợp chất siêu dẫn với C 60
Các tinh thể phân tử của fullerene là chất bán dẫn, tuy nhiên, vào đầu năm 1991, người ta đã phát hiện ra rằng pha tạp chất rắn C 60 với một lượng nhỏ kim loại kiềm dẫn đến sự hình thành vật liệu có độ dẫn kim loại, ở nhiệt độ thấp chuyển thành chất siêu dẫn. Doping with 60 được tạo ra bằng cách xử lý tinh thể bằng hơi kim loại ở nhiệt độ vài trăm độ C. Trong trường hợp này tạo thành công thức cấu tạo kiểu X 3 C 60 (X là nguyên tử kim loại kiềm). Kali là kim loại đầu tiên được xen kẽ. Quá trình chuyển hợp chất K 3 C 60 sang trạng thái siêu dẫn xảy ra ở nhiệt độ 19 K. Đây là một giá trị kỷ lục đối với chất siêu dẫn phân tử. Người ta đã sớm xác định rằng nhiều fullerit pha tạp với các nguyên tử kim loại kiềm theo tỷ lệ X 3 C 60 hoặc XY 2 C 60 (X, Y là các nguyên tử kim loại kiềm) có tính siêu dẫn. Người giữ kỷ lục trong số các chất siêu dẫn nhiệt độ cao (HTSC) thuộc loại này là RbCs 2 C 60 - T cr = 33 K của nó.
Ảnh hưởng của các chất phụ gia nhỏ của bồ hóng fullerene đến tính chất chống ma sát và chống mài mòn của PTFE
Cần lưu ý rằng sự hiện diện của fullerene C 60 trong chất bôi trơn gốc khoáng bắt đầu hình thành màng bảo vệ fullerene-polyme dày 100 nm trên bề mặt của các chất đối kháng. Lớp màng được hình thành bảo vệ chống lại sự xuống cấp do nhiệt và oxy hóa, tăng tuổi thọ của các bộ phận ma sát trong các tình huống khẩn cấp lên 3-8 lần, độ ổn định nhiệt của chất bôi trơn lên tới 400-500 ° C và khả năng chịu lực của các bộ phận ma sát lên 2-3 lần, mở rộng phạm vi áp suất hoạt động của các đơn vị ma sát lên 1,5-2 lần, giảm thời gian chạy vào của thân máy đếm.
Các ứng dụng khác
Các ứng dụng thú vị khác bao gồm bộ tích điện và pin điện, trong đó các chất phụ gia fullerene được sử dụng theo cách này hay cách khác. Những loại pin này dựa trên các cực âm lithium có chứa các fullerene xen kẽ. Fullerene cũng có thể được sử dụng làm chất phụ gia để sản xuất kim cương nhân tạo bằng phương pháp áp suất cao. Trong trường hợp này, sản lượng kim cương tăng ≈30%.
Ngoài ra, fullerene đã được ứng dụng làm chất phụ gia trong sơn chống cháy bốc hơi (sắp phồng). Do sự ra đời của fullerene, sơn phồng lên dưới tác động của nhiệt độ trong quá trình cháy, một lớp than cốc bọt khá dày đặc được hình thành, làm tăng thời gian gia nhiệt lên nhiệt độ tới hạn của các cấu trúc được bảo vệ nhiều lần.
Ngoài ra, fullerene và các dẫn xuất hóa học khác nhau của chúng được sử dụng kết hợp với polyme bán dẫn đa liên hợp để sản xuất pin mặt trời.
Tính chất hóa học
Fullerene, mặc dù không có các nguyên tử hydro có thể thay thế như trong trường hợp các hợp chất thơm thông thường, vẫn có thể được chức năng hóa bằng các phương pháp hóa học khác nhau. Ví dụ, các phản ứng để chức năng hóa fullerene như phản ứng Diels-Alder, phản ứng Prato và phản ứng Bingel đã được áp dụng thành công. Fullerene cũng có thể được hydro hóa để tạo thành các sản phẩm từ C 60 H 2 đến C 60 H 50 .
ý nghĩa y tế
chất chống oxy hóa
Fullerene là chất chống oxy hóa mạnh nhất được biết đến hiện nay. Trung bình, chúng vượt quá tác dụng của tất cả các chất chống oxy hóa được biết đến với chúng 100-1000 lần. Chính vì điều này mà chúng được cho là có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ trung bình của chuột và giun đũa. Ở dạng tự nhiên, nó được tìm thấy trong shungite và không khí biển. Người ta cho rằng fullerene C60, hòa tan trong dầu ô liu, có thể được tích hợp vào màng lipid hai lớp của tế bào và ty thể và hoạt động như một chất chống oxy hóa có thể tái sử dụng.