• Новости
  • Сахара: отопление, канализация, водоснабжение
     

    Главная

    Новости

    Скачать полный прайс-лист, MS Word, архив ZIP

    Скачать полный прайс-лист, MS Word, архив ZIP

    Как к нам проехать?

    Как к нам проехать?

    Багате сімейство вуглецевих матеріалів: Фулерени. Стаття на сайті ІЦМ

    1. статті / Багате сімейство вуглецевих матеріалів Багате сімейство вуглецевих матеріалів
    2. фулерени

    статті / Багате сімейство вуглецевих матеріалів

    Багате сімейство вуглецевих матеріалів

    Жоден елемент Періодичної системи Менделєєва не володіє тим різноманітністю властивостей, іноді прямо протилежних, яке притаманне вуглецю. Настільки унікальні властивості - причина того, що і чистий вуглець, і містять його матеріали служать об'єктами фундаментальних досліджень і застосовуються в незліченних технічних процесах. Все це яскраво свідчить про його величезної важливості для цивілізації.

    сторінки: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

    фулерени

    << ... В даний час поняття "фулерени" застосовується до широкого класу багатоатомних молекул вуглецю Сn, де n - 60 і більше, і твердих тіл на їх основі. Термін «фуллерен» бере свій початок від імені американського архітектора Бакминстера Фуллера, який застосовував такі структури при конструюванні куполів будівель. З цієї причини молекулу С60 часто називають бакмінстерфуллереном.

    З цієї причини молекулу С60 часто називають бакмінстерфуллереном

    Історія сучасних досліджень фулеренів почалася з роботи (1985 г.), в якій молекула С60 була зареєстрована як кластер з магічним числом атомів в ньому. Другий етап дослідження фулеренів пов'язаний зі створенням в 1990 р відносно простий ефективної технології виробництва фулеренів в макроскопічних кількостях. Ця технологія дозволяє переробляти графіт в С60 з продуктивністю близько 1 г / год, що забезпечує практично всі потреби досліджень. Продуктивність синтезу С70 виявляється приблизно на порядок нижче, однак і цього достатньо для дослідження не тільки тонких плівок, але і полікристалів, виготовлених з молекул даного сорту.

    Найбільш ефективний спосіб отримання фулеренів заснований на термічному розкладанні графіту. Використовується як електролітичний нагрів графітового електрода, так і лазерне опромінення поверхні графіту. На малюнку показана схема установки для отримання фулеренів. Розпилення графіту здійснюється при пропущенні через електроди змінного струму в атмосфері гелію. Обложену графітову сажу витримують протягом декількох годин в киплячому толуолі, при цьому виходить темно-бура рідина. При випаровуванні виходить дрібнодисперсний порошок, вага його становить не більше 10% від ваги вихідної графітової сажі, в ньому міститься до 10% фулеренів С60 (90%) і С70 (10%). Описаний дугового метод отримання фулеренів отримав назву «фуллереновая дуга».

    Найбільш зручний і широко поширений метод екстракції фулеренів з продуктів термічного розкладання графіту, а також подальшої сепарації і очищення фулеренів, заснований на використанні розчинників і сорбентів. На першій стадії фуллерен-яка містить сажа обробляється за допомогою неполярного розчинника, в якості якого використовуються бензол, толуол та інші речовини. При цьому фулерени, що володіють значною розчинністю в зазначених розчинниках, відокремлюються від нерозчинної фракції, зміст якої в фуллерен містить фазі становить зазвичай 70-80%. Типове значення розчинності фулеренів в розчинах, які використовуються для їх синтезу, становить кілька десятих часток мольної відсотка. Випарювання отриманого таким чином розчину фулеренів призводить до утворення чорного полікристалічного порошку, що представляє собою суміш фулеренів різного ґатунку. Типовий мас спектр подібного продукту показує, що екстракт фулеренів на 80 - 90% складається з С60 і на 10 -15% з С70. 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 (Al2O3, SiO2) з високими сорбційними характеристиками. Фулерени збираються цим металом, а потім екстрагуються з нього за допомогою чистого розчинника. Ефективність екстракції визначається поєднанням сорбент-фуллерен-розчинник і зазвичай при використанні певного сорбенту і розчинника помітно залежить від типу фуллерена. Тому розчинник, пропущений через сорбент з сорбованих в ньому фулереном, екстрагує з сорбенту по черзі фулерени різного ґатунку, які тим самим можуть бути легко відділені одна від одної. Подальший розвиток описаної технології отримання сепарації і очищення фулеренів, заснованої на електродуги синтезі Фуллер-яка містить сажі і її подальшому поділі за допомогою сорбентів і розчинників, привело до створення установок, що дозволяють синтезувати С60 в кількості одного грама на годину.

    Подальший розвиток описаної технології отримання сепарації і очищення фулеренів, заснованої на електродуги синтезі Фуллер-яка містить сажі і її подальшому поділі за допомогою сорбентів і розчинників, привело до створення установок, що дозволяють синтезувати С60 в кількості одного грама на годину

    Метал-фулеренові плівки зазвичай отримують методом термічного розпилення в вакуумі. Оскільки фулерени починають сублімувати при температурах нижче 700 К, а температура випаровування металів значно вище, то для отримання плівок використовують два випарника. Концентрація фулеренів в плівках визначається швидкостями надходження компонентів (атомів і молекул), які регулюються температурою випарників і їх розташування відносно підкладки. Температури випарників вибираються за експериментальними залежностям швидкості випаровування від температури.

    Для отримання товстих металевих плівок з невеликим (менше 1%) вмістом фулеренів може використовуватися метод електрохімічного осадження, при якому порошок фуллерита або розчин фулеренів змішується з електролітом. Для підвищення однорідності електроліту використовується ультразвуковий вібратор. Технологічними параметрами є склад електроліту, щільність і режим струму, потужність, тривалість імпульсів і частота супутнього лазерного випромінювання.

    Полімер-фулеренові матеріали отримують наступними способами:

    1. спільне розпорошення і осадження компонентів;
    2. змішуванням порошку фуллерита з розплавом полімеру і подальшим охолодженням отриманої суміші;
    3. змішуванням розчину фулеренів з розчином полімерів і наступним сушінням.

    Залежно від температури, типу розчинника, співвідношення кількостей полімеру, фуллерена, розчинника, ступеня перемішування можуть утворюватися матеріали різного типу. Від режиму сушіння залежать пористість, внутрішні механічні напруги, адгезія, розмір фуллеренових ассоциатов і місця їх закріплення в полімерних ланцюжках.

    Освіта ендофуллеренов можливо декількома способами:

    1. впровадження іонів чужорідних атомів при іонної імплантації;
    2. проникнення всередину фулеренів дрібних частинок (протонів, дейтронів) з подальшим приєднанням електронів;
    3. захоплення фулеренами чужорідних іонів або атомів при великих амплітудах коливань атомів молекули фулерену.

    Метод іонної імплантації ефективний при отриманні ендофуллеренов N @ C60, Li @ C60, K @ C60, Rb @ C60, Na @ C60, La @ C60. Для отримання іонів зазвичай використовують стандартний іонний джерело або тліючий розряд. Залежності відношення кількості ендофуллеренов до кількості порожніх фулеренів від енергії іонного пучка мають явно виражений максимум при деякій енергії іонів, що вказує на існування «енергетичного вікна» для освіти ендофуллеренов. Наявність максимуму легко пояснити, виходячи з простих фізичних міркувань. При малих енергіях іонів не вдається подолати енергетичний бар'єр, що перешкоджає їх проникненню всередину фулерену. При дуже великих енергіях зіткнення іона з молекулою фулерену призводить до її руйнування. Для іонів більшого радіусу енергія, необхідна для проникнення всередину молекули, більше, тому енергія, відповідна максимуму виходу фулеренів, більше.

    Гідрування і дейтерірованності кристалічного фулерену може проводиться в стандартній установці високого тиску при тиску 1,0-2,5 МПа і температурі близько 673 К. Попередня дегазація фуллерена здійснюється при його нагріванні до 500 К у вакуумі (~ 1 Па). Для більш повного гідрування і отримання зразків з гомогенним розподілом компонентів процес проводиться в циклічному термічному режимі, т. Е. Зразок під тиском водню нагрівається до 673 К, витримується при цій температурі, потім реакційна суміш охолоджується до кімнатної температури, і цикл повторюється кілька разів.

    Якщо для отримання чистого С60 в макроколічествах потрібно тільки використання електродугового розрядника, то отримання вищих фулеренів вимагає подальшої складної і дорогої процедури екстракції, заснованої на ідеях рідинної хроматографії. Цей спосіб дозволяє не тільки відокремити, а й накопичити більш рідко зустрічаються фулерени С76, С84, С90, і С94. Ці процеси йдуть паралельно отриманню С60, відділення якого дозволяє збагатити суміш вищими фулеренами. Необхідно відзначити, що масова частка вищих фулеренів С76, С84, С90 і С94 в вуглецевому конденсаті, який використовується для отримання С60 і С70 не перевищує 3-4%. Даний метод дозволяє вимити з конденсату С60 і С70 і отримати таким способом екстракт, що містить вищі фулерени певного складу в кількостях міліграм.

    Кристалічні фулерени і плівки являють собою напівпровідники з шириною забороненої зони 1,2-1,9 еВ і мають фотопроводимостью. При опроміненні видимим світлом електричний опір кристала фуллерита зменшується. Фотопроводимостью володіють не тільки чистий фуллерит, але і його різні суміші з іншими речовинами. Фулерени в кристалах характеризуються відносно невисокими енергіями зв'язку, тому в таких кристалах вже при кімнатній температурі спостерігаються фазові переходи, що приводить до ориентационного разупорядочения і розморожування обертання молекул фулеренів. Кристали С60, леговані атомами лужних металів мають металевою провідністю, і переходять в надпровідний стан в діапазоні від 19 до 55 К в залежності від типу лужного металу. Ще більш висока температура надпровідного переходу (аж до 100К) очікується для надпровідників на основі вищих фулеренів.

    При нормальному тиску фуллеритом С60 є м'які кристали зі слабким ван дер Ваальсових взаємодією між молекулами з щільністю близько 1,6 г / см3 і об'ємним модулем стиснення В ~ 18 ГПа. При обробці фуллерітов високими тисками і температурами вдається синтезувати цілий спектр кристалічних і розупорядкованих фаз вуглецю з густиною, що лежать в діапазоні від "фуллерітних" до "алмазних" і з високими механічними характеристиками. Молекули фулеренів, в яких атоми вуглецю зв'язані між собою як одинарними, так і подвійними зв'язками, є тривимірними аналогами ароматичних структур. Маючи високу електронегативність, вони виступають в хімічних реакціях як сильні окислювачі. Приєднуючи до себе радикали різної хімічної природи, фулерени здатні утворювати широкий клас хімічних сполук, що володіють різними фізико-хімічними властивостями. Так, нещодавно отримані плівки поліфуллерена, в яких молекули С60 пов'язані між собою не ван-дер-ваальсовскім, як в кристалі фулериту, а хімічним взаємодією. Ці плівки, що володіють пластичними властивостями, є новьм типом полімерного матеріалу. Цікаві результати досягнуті в напрямку синтезу полімерів на основі фулеренів. При цьому фуллерен С60 служить основою полімерного ланцюга, а зв'язок між молекулами здійснюється за допомогою бензольних кілець. Така структура отримала образну назву "нитка перлів".

    Фулерени відрізняються високою хімічною інертністю по відношенню до процесу мономолекулярного розпаду. Так, молекула С60 зберігає свою термічну стабільність аж до 1700К, а константа швидкості мономолекулярного розпаду в температурному діапазоні 1720-1970К вимірюється в межах 10-300 сек-1, що відповідає значенню енергії активації розпаду 4.0 ± 0.3 еВ. Однак у присутності кисню, окислення цієї форми вуглецю до СО і СО2 спостерігається вже при істотно більш низьких температурах - порядку 500К. Процес, що триває кілька годин призводить до утворення аморфної структури, в якій на одну молекулу С60 доводиться дванадцять атомів кисню, при цьому молекула фулерену практично повністю втрачає свою форму. Подальше підвищення температури до 700К призводить до інтенсивного утворення СО і СО2 і призводить до остаточного руйнування упорядкованої структури фулеренів. Як випливає з експериментальних даних, енергія приєднання атома кисню до молекули С60 становить приблизно 90 ккал / моль, що приблизно вдвічі перевищує відповідне значення для графіту. При кімнатній температурі окислення С60 відбувається тільки за умови опромінення фотонами з енергією в діапазоні 0.5-1200 еВ, що пояснюється необхідністю освіти іонів О2-, що володіють підвищеною реакційноздатні.

    Оскільки молекули фулеренів володіють спорідненістю до електрону, в хімічних процесах вони можуть проявляти себе як слабкі окислювачі. Дана властивість фулеренів виявилося вже в одному з перших експериментів по їх хімічному перетворенню, де була здійснена гідрогенізація С60. Продуктом цієї реакції стала молекула С60Н36. Такий результат є досить дивним, так як молекула С60 володіє 30 подвійними зв'язками, кожна з яких могла б приєднувати два атоми водню. Мабуть деякі з подвійних зв'язків в структурі фулерену залишаються нереакціоноспособнимі. Передбачається, що між двома зв'язками, приєднатися водень, є одна не прореагировавшая. Приєднання до С60 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 С60. Є повідомлення про впровадження атомів лантану, нікелю, натрію, калію, заліза, цезію, атомів рідкоземельних елементів, таких як тербий, гадоліній і діспрозій. В даний час в науковій літературі обговорюються питання використання фулеренів для створення фотоприймачів і оптоелектронних пристроїв, каталізаторів зростання алмазних і алмазоподібних плівок, надпровідних матеріалів, а також в якості барвників для копіювальних машин. Фулерени застосовуються для синтезу металів і сплавів з новими властивостями.

    Фулерени планують використовувати в якості основи для виробництва акумуляторних батарей. Ці батареї, принцип дії яких заснований на реакції приєднання водню, у багатьох відношеннях аналогічні широко поширеним нікелевим акумуляторам, однак, мають, на відміну від останніх, здатністю запасати приблизно в п'ять разів більше питома кількість водню. Крім того, такі батареї характеризуються більш високою ефективністю, малою вагою, а також екологічної та санітарної безпекою в порівнянні з найбільш просунутими щодо цих якостей акумуляторами на основі літію. Такі акумулятори можуть знайти широке застосування для живлення персональних комп'ютерів і слухових апаратів.

    Розчини фулеренів в неполярних розчинниках (сірковуглець, толуол, бензол, Тетрахлорметан, декан, гексан, пентан) характеризуються нелінійними оптичними властивостями, що проявляється, зокрема, в різкому зниженні прозорості розчину при певних умовах. Це відкриває можливість використання фулеренів в якості основи оптичних затворов- обмежувачів інтенсивності лазерного випромінювання. Виникає перспектива використання фулеренів в якості основи для створення пам'ятною середовища з надвисокою щільністю інформації. Фулерени можуть знайти застосування в якості присадок для ракетних палив, мастильного матеріалу.

    Велика увага приділяється проблемі використання фулеренів в медицині і фармакології. Обговорюється ідея створення протиракових медичних препаратів на основі водо-розчинних ендоедральних з'єднань фулеренів з радіоактивними ізотопами. Знайдено умови синтезу противірусних і протиракових препаратів на основі фулеренів. Одна з труднощів при вирішенні цих проблем - створення водорозчинних нетоксичних сполук фулеренів, які могли б вводитися в організм людини і доставлятися кров'ю в орган, який підлягає терапевтичному впливу.

    Плівка С76 є ефективним каталізатором при нанесенні штучних алмазних покриттів з вуглецевої плазми. Перетворення кристалічного фулерену в алмаз відбувається при значно більш м'яких умовах, ніж в разі традиційно використовуваного для цієї мети графіту. При кімнатній температурі вказане перетворення спостерігається при тиску 20 ГПа, в той час як для аналогічного перетворення графіту його необхідно піддати тиску в 35 - 40 ГПа при температурі близько 900К. Тиск, необхідний для перетворення фуллерена в алмаз знижується з ростом температури.

    Тиск, необхідний для перетворення фуллерена в алмаз знижується з ростом температури

    Іншімі унікальнімі Сполука фулеренів є ендоедральні комплекси. У ціх з'єднаннях, Вже сінтезованіх в макроколічествах, один або кілька атомів металів, неметалів або даже окремий молекул поміщаються всередину вуглецевої сфері. Зокрема, очікується, что на основе ендоедральніх комплексів в Майбутнього будут створені вісокоефектівні ліки проти раку. Так, неважко уявіті Собі, что всередину такой сфері можна помістіті атом вісокоактівного нуклида, а на сферу помістіті Органічні хвости, что роблять подібне з'єднання спеціфічнім тім чи іншім структурам або органам (например - ракової пухлини) організму. Таким чином можна буде досягти того, що, буде проводиться селективна радіотерапія без пошкодження сусідніх органів і тканин.

    Отримання динамічних голограм на основі фулеренів показали їх перспективність для використання в пристроях обробки оптичної інформації, звернення хвильового фронту. Високий ступінь нелінійності середовища з фулеренами може бути використана для стиснення оптичного імпульсу в наносекундной області тривалості. Фуллеренсодержащей матеріали можуть використовуватися в пристроях відновлення зображення, подвоєння і потроєння частоти падаючого випромінювання.

    Фуллеритом мають фотопроводимостью в спектральному діапазоні, оптимальному для створення сонячних елементів. Спектр фотопоглинання фуллерітових плівок лежить в діапазоні довжин хвиль від 280 до 680 нм, а квантовий вихід, що представляє собою ймовірність утворення електрон-іонної пари при поглинанні одного фотона, становить 0,9. Полімеризація фулеренів під дією світлового випромінювання і утворення нерозчинної в органічних розчинниках плівки дозволяє використовувати фулерени в якості нового матеріалу для фоторезистивной масок. За допомогою маски з полимеризованной плівки C60 досягнуто високий дозвіл (приблизно 20 нм) при травленні кремнію електронним пучком.

    В даний час для виготовлення ендопротезів широко використовуються нержавіюча сталь, сплави кобальту з хромом, титан і його сплави. Однак невідповідність жорсткості (твердості, пружності) матеріалу протеза і кістки веде до зміни напруги скелета, що призводить до ресорбции імплантанта і виходу його з ладу. Крім того, матеріал протеза схильний і корозійного руйнування в досить агресивному середовищі. Вуглець є основним елементом в живих організмах і широко використовується в біомедичних цілях, не викликаючи істотних негативних реакцій. Дослідження in vitro з використанням мишачих тканин і тести in vivo на вівцях показали дуже хорошу біосумісність вуглецевих плівок. При взаємодії вуглецевих кластерів з живою тканиною і кров'ю на відміну від металів не відбувається проникнення активних іонів в організм. Навіть при відділенні від імплантанта досить великих вуглецевих частинок не виникає шкідливих побічних реакцій імунної системи.

    Результати проведених досліджень структури, фазового складу, хімічної стійкості в кислотних і лужних середовищах композиційних тітанфуллеренових покриттів, а також структурно-морфологічні характеристики клітин крові при їх взаємодії з фулеренами свідчать про можливість застосування фуллеренсодержащіх матеріалів в біомедицині, зокрема тітанфуллеренових плівок - для покриттів ендопротезів. ... Продовження статті >>

    Автори статті: А.Дунаев, А.Шапорев
    джерело: нанометр

    сторінки: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

    Перейти до розділу "Статті"

    Конвекторы Adax Multi — стиль, качество и надежность

    Новинка!
    Конвекторы Adax Multi  — стиль, качество и надежность

    Flores Dual — настенный газовый котел с проточным газообменником

    Flores Dual  — настенный газовый котел с проточным газообменником

    Guess Who designed it
    ©

    2005 Салон «Сахара»
    ЧП Бондарь Олег Михайлович

    ул. Прохоровская, 37, Одесса, Украина
    Телефон/факс: +38 (048) 711–18–75
    E-mail: [email protected]