Фуллерены, углеродные нанотрубки и другие углеродные материалы
Молекулы фуллерена образуют твердые кристаллы.(фуллериты). Равновесная твердая фаза С60 при комнатной температуре представляет собой кристаллы с гранецентрированной кубической решеткой (а = 14,17 А), в которой отдельные молекулы удерживаются вандерваальсовыми силами. Расстояние между двумя соседними молекулами составляет 10,02 А. Обнаружены 4 различных ориентационных состояний фуллерена, в том числе полимеризованная фаза. При его охлаждении зафиксированы фазовые переходы. Другого рода превращения обнаружены в фуллерене под высоким давлением, в частности, под давлением 50=55 ГПа происходит многостадийное превращение в аморфную и затем в алмазоподобную структуру без дальнего порядка.
Благодаря системе двойных связей, фуллерены образуют многочисленные производные: с металлами фуллериды А3С60 и А6С60 (А = щелочные металлы К, Rb, Cs) обладающие сверхпроводящими свойствами; продукты гидрогенизации, галогенирования (фториды, хлориды, бромиды фуллерена), составы которых соответствуют полному или неполному присоединению по двойным связям. Помимо этого, для фуллерена как формы углерода, характерны все реакции органической химии. С их помощью получены бесчисленные органические производные фуллерена.
Углеродные нанотрубки были открыты в 1991 г. в Японии. Они представляют собой свернутые в трубки монослои графита (такие слои называют графеновыми). Нанотрубки относятся к одностенным, если свернут один графеновый слой, и к многостенным, если свернуты несколько графеновых слоев. Свойства одностенных нанотрубок определяются их диаметром. (обычно 1=2 нм), длиной (5=50 нм) и расположением графитных 6-угольников относительно оси трубки. Если стороны 6-угольника параллельны оси, такие трубки называются «типа зигзаг», при перпендикулярном направлении = «типа кресла». Нанотрубки типа зигзаг и кресла ахиральные, тогда как нанотрубки, у которых стороны 6-угольников составляют относительно оси трубки углы отличные от 0 и 90 о, хиральные. Обычно нанотрубки получаются закрытыми с одного конца, благодаря внедрению 5-членных циклов. Благодаря такому специфическому строению, нанотрубки перспективны в качестве многофункциональных материалов, переносчиков лекарств, катализаторов, сенсорных материалов и др.
Естественно, что у фуллереновых материалов с такими необычными структурой и свойствами весьма перспективны практические приложения. Так, при определенных условиях полимеризации фуллеренов может возникать необычно твердая фаза. На основе фуллеренов возникли и развиваются новые разделы физики твердого тела и стереохимии. Интересно их применение в нанотехнологии. Активно изучается биологическая активность фуллеренов и их производных: некоторые их представители могут ингибировать различные ферменты, специфически расщеплять молекулы ДНК, способствовать переносу электронов через биологические мембраны. Фуллерены рассматриваются как предшественники для роста алмазных пленок и карбида кремния, как перспективные материалы для субмикронной литографии, как новые материалы для нелинейной оптики, как новые полупроводниковые и наноконструкционные материалы.
Графен был сначала предсказан теоретически, а лишь затем получен в лаборатории. Он представляет собой монослой из конденсированных шестиугольников, образованных атомами углерода. Для стабилизации графена обычно используют подложку из оксида кремния, на которой и проводят его синтез. Наиболее простой из методов заключается в отщеплении слоев от графита и закреплении их на подложке. Графен получен также термическим расщеплением подложки, сделанной из карборунда, плазмохимическим осаждением углерода из газовой фазы. Графен обладает высокой теплопроводностью, проводит он и электрический ток, причем на электропроводность заметно влияют молекулы многих газов. Благодаря этому графен предложено использовать в качестве высокоселективного газового сенсора. На основе графена созданы светодиоды.
(Использованная литература: Л.Н. Сидоров, М.А.Юровская, А.Я.Борщевский. Фуллерены, Изд. «Экзамен», М,. 2004 г., 687 с.; Т.Л.Макарова, И.Б.Захарова. Электронная структура фуллеренов и фуллеритов. Изд. « Наука», С-Пб., 2001 г., 69 с).
Выходные данные:
- Просмотров: 1494
- Комментариев: 0
- Опубликовано: 11.03.2011
- Версий: 4 , текущая: 4
- Статус: экспертная
- Рейтинг: 100.0
Автор:
Дроздов Андрей Анатольевич
- доцент
Ссылки отсюда
Ссылки сюда
Категории: