Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

фулерени

<== предишна статия | следващата статия ==>

Фулерените са молекулни съединения, които принадлежат към класа на алотропните форми на въглерода и са изпъкнали затворени полиедри, съставени от четно число на три координирани въглеродни атоми.

Името на тези съединения е задължително за инженера и дизайнера Ричард Бъкминстър Фулър, чиито геодезически структури са изградени по този принцип. Първоначално този клас съединения се ограничаваше само до структури, включващи само петоъгълни и шестоъгълни лица. За съществуването на такъв затворен полиедър, конструиран от n върхове, които образуват само пет и шестоъгълни лица, според теоремата на Ейлер за полиедрите, потвърждава валидността на равенството (n - e + f = 2, където n, e и f, съответно, броя на върховете, ръбовете и изправен).

Фиг. 8.3 Видове фулерени: C60, C540

Структурни свойства на фулерените

В фулереновите молекули въглеродните атоми са разположени във върховете на правилни шестоъгълници и петоъгълници, които съставляват повърхността на сфера или елипсоид. Най-симетричният и най-изучен представител на семейството фулерени е фулеренът С60, в който въглеродните атоми образуват пресечен икосаедър, състоящ се от 20 шестоъгълника и 12 петоъгълника и наподобяващи футболна топка. Тъй като всеки въглероден атом на фулерен С60 принадлежи едновременно на два хексагона и един петоъгълник, всички атоми в С60 са еквивалентни, което се потвърждава от ядрено-магнитния резонансен спектър (ЯМР) на изотопа 13С - той съдържа само един ред.

Следващият най-често е фулерен С70, който се различава от фулерен С60 чрез вмъкване на колан от 10 въглеродни атома в екваториалния регион на С60, в резултат на което молекулата С70 е удължена и прилича на топчето по ръгби.

Така наречените висши фулерени, съдържащи по-голям брой въглеродни атоми (до 400), се образуват в много по-малки количества и често имат доста сложен изомерен състав. Сред най-изследваните висши фулерени могат да се различат Cn, n = 74, 76, 78, 80, 82 и 84.

Синтез на фулерени

Първите фулерени бяха изолирани от пари на кондензирани графит, получени чрез лазерно облъчване на твърди графитни проби. Всъщност те бяха следи от материя. Следващата важна стъпка е направена през 1990 г. от V. Kretchmer, Lamb, D. Huffman и други, които разработват метод за получаване на грам количества фулерени чрез изгаряне на графитни електроди в електрическа дъга в хелиева атмосфера при ниско налягане. В процеса на ерозия на анода по стените на камерата се установява сажди, съдържащи редица фулерени. Скоро беше възможно да се изберат оптималните параметри на електродното изпарение (налягане, атмосферния състав, ток, диаметър на електрода), при което се постига най-висок добив на фулерени, средно 3-12% от анодния материал, което в крайна сметка определя високата цена на фулерените.

Първо, всички опити на експериментаторите да намерят по-евтини и по-ефективни начини за получаване на грам количества фулерени (изгаряне на въглеводороди в пламък, химичен синтез и др.) Не доведоха до успех, а методът „дъга“ остава най-продуктивен за дълго време (производителност около 1 г / час) , Впоследствие Mitsubishi успява да установи промишлено производство на фулерени чрез изгаряне на въглеводороди, но такива фулерени съдържат кислород и затова методът на дъгата е все още единственият подходящ метод за производство на чисти фулерени.

Механизмът на образуване на фулерените в дъгата е все още неясен, тъй като процесите, протичащи в областта на запалването на дъгата, са термодинамично нестабилни, което значително усложнява тяхното теоретично разглеждане. Безспорно е възможно да се установи само, че фулеренът е сглобен от отделни въглеродни атоми.

Сравнително бързото нарастване на общия брой инсталации за производство на фулерени и постоянната работа по подобряване на методите за тяхното пречистване доведоха до значително намаляване на цената на С60 през последните 17 години - от 10 000 до 10-15 долара за грам, което ги доведе до реалното им промишлено използване.

Физични свойства и приложена стойност на фулерените

Кондензираните системи, състоящи се от фулеренови молекули, се наричат фуллерити . Най-изучената система от този вид е кристалът C60, по-малко е системата от кристален С70. Изследванията на висшите фулеренови кристали са възпрепятствани от сложността на тяхното получаване. Молекулите се държат в кристала чрез ван дер Ваалсови сили, до голяма степен определящи макроскопичните свойства на твърдото вещество С60.

При стайна температура кристалът C60 има центрирана кубична (fcc) решетка с константа 1.415 nm, но при понижаване на температурата се случва фазов преход от първи ред (Tcr ≈ 260 K) и кристалът C60 променя структурата си до прост кубичен (решетъчна константа 1.411 nm).

Нелинейни оптични свойства на фулерените

Фулерените имат нелинейни оптични свойства. Въпреки това, поради високата симетрия на молекулата С60, генерирането на втория хармоник е възможно само когато асиметрията е въведена в системата, например чрез външно електрическо поле. От практическа гледна точка, атрактивно висока скорост (~ 250 ps), която определя охлаждането на второто поколение хармоници. Освен това фулерените С60 могат също да генерират трета хармоника.

Друга вероятна област на използване на фулерените и на първо място C60 е оптичните капаци . Експериментално е показана възможността за използване на този материал за дължина на вълната от 532 nm. Краткото време за реакция дава възможност да се използват фулерени като ограничители за лазерно лъчение и Q-фактори. Въпреки това, поради редица причини фулерените трудно се конкурират с традиционните материали тук.

Фулерен като материал за полупроводникови технологии

Молекулярният кристал на фулерен е полупроводник с ширина на зоната ~ 1.5 eV и неговите свойства в много отношения са подобни на свойствата на други полупроводници. Ето защо редица проучвания, свързани с използването на фулерени като нов материал за традиционните приложения в електрониката: диод, транзистор, фотоклетка и др. Тук, тяхното предимство пред традиционния силиций е краткото време за фотоотговор (единици ns). Въпреки това, значителният недостатък е влиянието на кислорода върху проводимостта на фулереновите филми и поради това възниква необходимостта от защитни покрития. В този смисъл е по-обещаващо да се използва фулереновата молекула като самостоятелно наноразмерно устройство и по-специално като усилващ елемент.

Сред другите интересни приложения трябва да се споменат батерии и електрически батерии, в които фулереновите добавки се използват по един или друг начин. Основата на тези батерии са литиеви катоди, съдържащи интеркалирани фулерени. Фулерените могат да се използват и като добавки за производството на изкуствени диаманти по метода на високото налягане. В същото време производството на диаманти се увеличава с ≈30%. Фулерените могат да се използват и в аптеките за създаване на нови лекарства. Освен това фулерените са използвани като добавки в огнезащитните бои. Поради въвеждането на фулерени, боята, под въздействието на температурата, се разширява по време на пожар, образува доста плътен слой от пяна, който няколко пъти увеличава времето за нагряване до критичната температура на защитните структури. Също така фулерените и техните различни химични производни се използват в комбинация с поликонюгирани полупроводникови полимери за производството на слънчеви клетки.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Понятието "размита логика"

Методи за изследване на наноматериали и наноструктури

Свойства и приложна стойност на наноматериалите

Конзолни сензори, базирани на системи с високо молекулно тегло и биополимери

въведение

Метод на Браг

Хелиев йон микроскоп

Сензори и микроактуатори, базирани на MEMS технологии

Физически основи на вибрационната спектроскопия

Понятия за екситон, поляритон, плазмон

Нелинейни колебателни процеси в многостепенни системи

Използването на хаос в устройствата за обработка на информация

Mössbauer ефект

Практическо приложение на ефекта на повърхностния плазмен резонанс

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 2901

11.45.9.51 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .