АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Фуллерен

Читайте также:
  1. Железоуглеродистых сплавов
  2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВТСП СОЕДИНЕНИЙ
  3. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
  4. Основы современной биотехпологии
  5. Первые наноматериалы
  6. Распространение в природе
  7. Тема 1. Классификация и роль наноразмерных материалов в современном мире.
  8. Тема 5. Применение полупроводниковых материалов в современной микро- и наноэлектронике
  9. Темы рефератов
  10. Темы рефератов с рекомендациями по составлению
  11. Углерод
  12. Углеродные нанотрубки

Происхождение термина «фуллерен» связано с именем американского архитектора Ричарда Букминстера Фуллера, конструировавшего полусферические архитектурные конструкции, состоящие в виде шестиугольников и пятиугольников. В середине 60-х годов Дэвид Джонс конструировал замкнутые сфероидальные клетки из графитовых слоев своеобразным образом свернутых. Было показано, что в качестве дефекта, внедренного в гексагональную решетку обычного графита, приводящего к образованию сложной искривленной поверхности, может быть пятиугольник. В противоположность алмазу, графиту и карбину, фуллерен является новой формой углерода. Молекула С60 содержит фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которые запрещены природой для неорганических соединений. Поэтому некоторые авторы отмечают, что молекула фуллерена является органической молекулой, а кристалл, образованный такими молекулами (фуллерит) – это молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом.

В начале 70-х годов Е. Осава предположил существование полой, высокосимметричной молекулы С60, со структурой в виде усеченного икосаэдра, похожей на футбольный мяч (рисунок 14):

 
 

Рисунок 14 – Структура молекулы фуллерена-60

Чуть позже (1973 г.) российские ученые Д.А. Бочвар и Е.Г. Гальперин сделали первые теоретические квантово-химические расчеты такой молекулы и доказали ее стабильность. В 1985 г. коллективу ученых (Г. Крото (Англия), Хит, О'Брайен, Р.Ф. Керл и Р. Смолли (США)) удалось обнаружить молекулу фуллерена при исследовании масс-спектров паров графита после лазерного облучения твердого образца.

Первый способ получения и выделения твердого кристаллического фуллерена был предложен в 1990 г. В. Кречмером и Д. Хафманом с коллегами в институте ядерной физики в г. Гейдельберге (Германия). В 1991 г. японский ученый Иджима на полярном ионном микроскопе впервые наблюдал различные структуры, составленные, как и в случае графита, из шестичленных колец углерода: нанотрубки, конусы, наночастицы. В 1992 г. в природном углеродном минерале – шунгите (свое название этот минерал получил от названия поселка Шуньга в Карелии) были обнаружены природные фуллерены.

В 1997 г. Р.Е. Смолли, Р.Ф. Керл, Г. Крото получили Нобелевскую премию по химии за изучение молекул С60, имеющих фору усеченного икосаэдра.



Внешне фуллерены представляют собой мелкокристаллические порошки черного цвета, без запаха. В воде, этаноле, ацетоне и других полярных растворителях они практически нерастворимы, зато в бензоле, толуоле, фенилхлориде растворяются с образованием окрашенных в красно-фиолетовый цвет растворов.

Энтальпия образования С60 составляет приблизительно 42,5 кДж/моль, а C70 – 40,3 кДж/моль. Это говорит о том, что они менее стабильны, чем графит (0 кДж/моль) и алмаз (1,67 кДж/моль), причем с увеличением размеров сферы (то есть по мере увеличения числа атомов углерода) энтальпия образования стремится к энтальпии графита, так как сфера все более напоминает плоскость.

Твердый C60 имеет гранецентрированную кубическую решетку, при комнатной температуре его плотность составляет 1,68 г/см3. Ввиду слабого межмолекулярного взаимодействия молекулы свободно вращаются. Ниже 0 °С происходит превращение в кубическую решетку. Фуллерен-70, свободное вращение которого слегка затруднено по причине асимметричности молекулы, испытывает фазовый переход при более низкой температуре.

Из насыщенных растворов в ароматических растворителях фуллерены при низких температурах выпадают в виде кристаллосольватов вида C60Xn, где в качестве X выступают бензол, толуол, стирол, ферроцен и другие молекулы.

Поскольку энтальпия растворения фуллерена в большинстве растворителей положительна, при повышении температуры растворимость, как правило, уменьшается.


Возможные области применения фуллеренов и их производных:

– электронные и оптические устройства, основанные на применении фуллеренов или полимерных материалов на их основе,

– фотоматериалы и материалы для преобразования электрической энергии в световую,

– катализаторы,

– лекарственные средства.

Некоторые области применения пока остаются гипотетическими, ввиду недостаточности современного уровня знаний:

‡агрузка...

– получение алмазов (в том числе тонких пленок);

– источники тока;

– молекулярные сита и устройства для аккумулирования газов;

– материалы для нелинейной оптики (лазеры);

– преобразователи солнечной энергии;

– сверхпроводники.

Графен

Выпускники МФТИ А. Гейм и К. Новоселов, работающие в Манчестере, в 2010 г. получили Нобелевскую премию «За новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена».

Графен является двухмерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную кристаллическую решётку (рисунок 15):

 

 

Рисунок 15 – Структура графена

 

Графен обладает высокой механической прочностью, теплопроводностью, максимальной подвижностью электронов среди известных материалов.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 |


При использовании материала, поставите ссылку на Студалл.Орг (0.011 сек.)