Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни 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 Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати 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 VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram
border=0

фулерени

<== предишна статия | следваща статия ==>

Фулерените са молекулярни съединения, които принадлежат към класа на алотропни въглеродни форми и са изпъкнали затворени многогранници, съставени от четен брой трикоординирани въглеродни атоми.

Тези съединения дължат името си на инженера и дизайнера Ричард Бъкминстър Фулер, чиито геодезически структури са изградени на този принцип. Първоначално този клас съединения е ограничен само до структури, които включват само петоъгълни и шестоъгълни лица. За съществуването на такъв затворен многогранник, изграден от n върхове, които образуват само петоъгълни и шестоъгълни лица, според теоремата на Ойлер за многоедри, което твърди равенството | n | - | д | + | е | = 2 (където | n |, | e | и | f | съответно броят на върховете, ръбовете и лицата), необходимото условие е наличието на точно 12 петоъгълни лица и n / 2 - 10 шестоъгълни лица.

Сортове фулерени: C60, C540

Историята на откриването на фулерени

През 1985 г. група изследователи - Робърт Кърл, Харолд Крото, Ричард Малък, Хийт и О'Брайън - изследват масовите спектри на графитните пари, получени чрез лазерно облъчване на твърда проба и откриват пикове с максимална амплитуда, съответстваща на струпвания от 60 и 70 атома въглерод. Те предположиха, че тези пикове съответстват на молекули С60 и С70 и предположиха, че молекулата С60 има формата на пресечен икосаедър. За молекулата С70 беше предложена структура с по-продълговата форма на елипсоидална симетрия. Полиедричните въглеродни клъстери се наричат ​​фулерени, а най-разпространената молекула C60 се нарича buckminsterfullerene, наречена на името на американския архитект Бъкминстър Фулер, който използва петоъгълници и шестоъгълници, за да конструира куполите на своите сгради, които са основните структурни елементи на молекулните скелети на всички фулерени.

Трябва да се отбележи, че откриването на фулерени има свой произход: възможността за тяхното съществуване е предвидена още през 1971 г. в Япония и теоретично обоснована през 1973 г. в СССР. За откриването на фулерените на Kroto, Smalley и Curl през 1996 г. е присъдена Нобеловата награда по химия. Единственият начин за получаване на фулерени в момента е техният изкуствен синтез. В продължение на няколко години тези съединения се изучават интензивно в лаборатории в различни страни, опитвайки се да установят условията на тяхното образуване, структура, свойства и възможни приложения. Беше установено, по-специално, че фулерените се съдържат в значителни количества в саждите, образувани при дъгов разряд върху графитни електроди - те просто не са били забелязани преди това.

Структурни свойства на фулерени

В молекулите на фулерен въглеродните атоми са разположени във върховете на правилни шестоъгълници и петоъгълници, които съставляват повърхността на сфера или елипсоид. Най-симетричният и най-пълно изследван представител на фамилията фулерен е фулреренът C60, 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 шестоъгълника и един петоъгълник, всички атоми в С60 са еквивалентни, което се потвърждава от спектъра на ядрено-магнитен резонанс (ЯМР) на 13С изотопа - той съдържа само една линия.

Следващият най-разпространен е C70 фулерен, който се различава от C60 фулерен по вкарването на колан от 10 въглеродни атома в екваториалния регион на C60, в резултат на което молекулата С70 е удължена и по своята форма наподобява топка за ръгби.

Така наречените по-високи 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 по-високи фулерени могат да се разграничат Cn, n = 74, 76, 78, 80, 82 и 84.

Фулерен синтез

Първите фулерени се изолират от кондензирани пари от графит, получени чрез лазерно облъчване на твърди графитни проби. Всъщност това бяха следи от вещество. Следващата важна стъпка е направена през 1990 г. от W. Kretchmer, Lamb, D. Huffman и други, които са разработили метод за получаване на грамови количества фулерени чрез изгаряне на графитни електроди в електрическа дъга в хелиева атмосфера при ниско налягане. В процеса на ерозия на анода саждите, съдържащи определено количество фулерени, се установяват по стените на камерата. Доста скоро беше възможно да се избират оптималните параметри за изпаряването на електродите (налягане, атмосферен състав, ток, диаметър на електродите), при които се постига най-висок добив на фулерен, който е средно 3-12% от анодния материал, което в крайна сметка определя високата цена на фулерените.

Отначало всички опити на експериментаторите да намерят по-евтини и по-ефективни методи за получаване на грамово количество 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 g / час) , Впоследствие Mitsubishi успя да установи промишлено производство на фулерени чрез изгаряне на въглеводороди, но такива фулерени съдържат кислород и следователно дъговият метод все още е единственият подходящ метод за производство на чисти фулерени.

Механизмът на образуване на фулерени в дъга все още е неясен, тъй като процесите, протичащи в областта на изгаряне на дъгата, са термодинамично нестабилни, което значително усложнява теоретичното им разглеждане. Беше окончателно възможно да се установи само, че фулеренът е събран от отделни въглеродни атоми.

Сравнително бързото увеличение на общия брой на инсталациите за производство на фулерени и постоянната работа за подобряване на методите им за почистване доведе до значително намаляване на цената на C60 през последните 17 години - от $ 10 000 на $ 10-15 на грам, което доведе до линията на реалната им промишлена употреба.

Физични свойства и приложение на фулерени

Кондензираните системи, състоящи се от молекули на фулерен, се наричат фулерити . Най-проучваната система от този вид е кристалът С60, по-малко проучваната е кристалната система С70. Изследванията на кристали с по-високи фулерени се усложняват от сложността на тяхното получаване. Молекулите се задържат в кристала от сили на ван дер Ваалс, което определя до голяма степен макроскопичните свойства на твърдия С60.

При стайни температури кристалът C60 има граница, ориентирана към лицето, кубична (fcc) решетка с константа 1.415 nm, но когато температурата се понижи, възниква фазов преход от първи ред (Tcr≈260 K) и кристалът C60 променя структурата си на обикновен кубик (постоянна решетка от 1.411 nm).

Нелинейни оптични свойства на фулерени

Фулерените имат нелинейни оптични свойства. Поради високата симетрия на молекулата C60, генерирането на втората хармоника е възможно само когато асиметрията е въведена в системата, например от външно електрическо поле. От практическа гледна точка е привлекателна висока скорост (~ 250 к.с.), която определя гасенето на второто поколение хармоници. В допълнение, C60 фулерените са способни да генерират трета хармоника.

Оптичните капаци са друга вероятна област на приложение за фулерени и на първо място за C60. Възможността за използване на този материал за дължина на вълната от 532 nm е експериментално показана. Краткото време за реакция дава възможност да се използват фулерени като ограничители на лазерно излъчване и Q-превключватели. Въпреки това, поради редица причини фулерените трудно се конкурират тук с традиционните материали.

Фулерен като материал за полупроводникова технология

Фулеренният молекулен кристал е полупроводник с ивица на лентата ~ 1,5 eV и неговите свойства до голяма степен са подобни на свойствата на други полупроводници. Следователно, редица проучвания бяха 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 реакция на фото (единици ns). Въпреки това, ефектът на кислорода върху проводимостта на фуллереновите филми се оказа значителен недостатък и следователно възникна необходимостта от защитни покрития. В този смисъл е по-обещаващо да се използва молекулата на фулерен като независимо устройство за наноразмер и по-специално като усилващ елемент.

Други интересни приложения включват батерии и електрически батерии, които използват по един или друг начин фулеренови добавки. Основата на тези батерии са литиеви катоди, съдържащи интеркалирани фулерени. Фулерените могат да се използват и като добавки за производството на изкуствени диаманти с високо налягане. В този случай добивът на диамант се увеличава с ≈30%. Фулерените могат да се използват и във фармацията за създаване на нови лекарства. В допълнение, фулерените се използват като добавки в огнеупорни бои. Поради въвеждането на фулерени, боята набъбва под въздействието на температурата по време на пожар, се образува доста плътен слой пяно-кокс, което увеличава времето за нагряване до критична температура на защитените конструкции с няколко пъти. Също така фулерените и техните различни химични производни се използват в комбинация с поликонъюгирани полупроводникови полимери за производството на слънчеви клетки.

<== предишна статия | следваща статия ==>





Прочетете също:

Сензорни сигнали от проприоцепторите

Приложение на използването на MEMS в телекомуникациите

Соматовисцерална сензорна система. Соматовисцерална система.

Капацитивен имуносензор

Сканиращ SQUID микроскоп

Амперометричен анализатор

Квантов компютър

Устройства за генериране и компресиране на сложни сигнали на SAW

Физични основи на електронната микроскопия Електронни микроскопи

Устройството и принципът на работа на SAW преобразуватели

Конзолни сензори, базирани на високо молекулно тегло и биополимерни системи

Електромеханична памет

Пространствени характеристики

Връщане към съдържанието: Физически явления

Преглеждания: 3473

11.45.9.189 © ailback.ru Той не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно използване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни | Обратна връзка .