ВВЕДЕНИЕ. Фуллерены и углеродные нанотрубки

Фуллерены и углеродные нанотрубки

Фуллерит – новая форма углерода

Достаточно давно известны и подробно изучены две модификации углерода: графит и алмаз. В 1985 г. в масс-спектрометрах паров графита, полученных путем воздействия на графит лазерным лучом, содержится интенсивный пик с массой 720, происхождение которого объяснялось присутствием молекул С_60. Другой менее интенсивный пик, соответствующий массе 840 связывался с молекулой С₇₀. Имеющие форму замкнутой поверхности, молекулы С₆₀ и С₇₀ в последствии стали называть фуллеренами. Модификацию углерода С₆₀ называют фуллерит. Фуллерены могут образовывать различного рода соединения и комплексы как с простыми элементами, так и с их соединениями. Такие материалы стали называться фуллеридами. Таким образом возникла новая область физического материаловедения на основе новой модификации углерода – фуллеренов. Неослабевающий интерес поддерживается перспективами применения фуллеренов, фуллеритов и фуллеридов в наноэлектронике, энергетике и в создании и новых полимеров.

В противоположность графиту и алмазу, имеющим кристаллическую структуру с определенным атомным порядком, новая структурный элемент углерода - супермолекула. Это значит, что минимальный элемент структуры данной модификации графита не атом, а многоатомный кластер.

Реферат «Фуллерены и углеродные нанотрубки» подготовила студентка группы НТ-01б Чернышева Е.В.

В ХХ веке произошло много открытий, в корне изменивших жизнь человечества. Синтез (1985 г.) углеродных фуллеренов (каркасных кластеров углерода С_n) и нанотрубок (1991 г.) - одно- или многослойных цилиндров, стенки которых образованы гексагонами С₆ - открыл современный этап в развитии представлений об аллотропии углерода и инициировал постановку многочисленных экспериментальных и теоретических работ по поиску и получению новых наноразмерных форм (наноаллотропов) углерода.

На данный момент количество статей и исследований данных структур исчисляется сотнями. Что, безусловно, только подчеркивает их актуальность для научного сообщества. Однажды начавшиеся исследования не только не остановились, но и крайне активно продолжились и, логично будет предположить, что будут вестись и в будущем.

В этой работе перед нами была поставлена задача разобраться в природе углеродных нанотрубок и фуллеренов, рассмотреть некоторые их свойства и возможные методы применения.

И хотя пока существует множество проблем и трудностей с получением и изучением физико-химических свойств, ясно одно - за нанотехнологиями будущее. 1 Фуллерены

1.1 История открытия фуллереновОткрытие фуллеренов - новой формы существования одного из самых распространенных элементов на Земле – углерода, признано одним из удивительных и важнейших открытий в науке XX столетия. История открытия фуллерена началась в 1973 г. Отечественные ученые Д.А.Бочвар и Е.Н.Гальперн опубликовали результаты квантово-химических расчетов, из которых следовало, что должна существовать устойчивая форма углерода, содержащая в молекуле 60 углеродных атомов и не имеющая никаких заместителей. В той же статье была предложена форма такой гипотетической молекулы. Выводы этой работы казались в то время совершенно фантастическими. Никто не мог себе представить, что такая молекула может существовать, и тем более – как взяться за ее получение. Эта теоретическая работа несколько опередила свое время и была вначале попросту забыта.

В 1980-х гг. астрофизические исследования позволили установить, что в спектрах некоторых звезд, так называемых «красных гигантах», обнаружены полосы, указывающие на существование чисто углеродных молекул различного размера.

В 1985 г. Р. Керл, Г.Крото и Р.Смолли начали проводить исследования уже в «земных» условиях. Они изучали масс-спектры паров графита, полученных под ударом лазерного пучка, и обнаружили, что в спектрах есть два сигнала, интенсивность которых намного выше, чем всех остальных. Сигналы соответствовали массам 720 и 840, что указывало на существование крупных агрегатов из углеродных атомов – С60 и С70. Масс-спектры позволяют установить лишь молекулярную массу частицы и не более того, однако этого оказалось достаточно, чтобы фантазия ученых заработала. В итоге была предложена структура многогранника, собранного из пяти- и шестиугольников. Это было точное повторение структуры, предложенной 12 лет назад Бочаром. Однако эти предположения носили сугубо умозрительный, чисто теоретический характер. Вообразить, что такие соединения могут быть получены путем химического синтеза, было довольно трудно [1].

Новый этап наступил в 1990 г., когда был найден метод получения новых соединений в граммовых количествах, и описан метод выделения фуллеренов в чистом виде. Очень скоро после этого были определены важнейшие структурные и физико-химические характеристики фуллерена С₆₀ - наиболее легко образующегося соединения среди известных фуллеренов. За свое открытие - обнаружение углеродных кластеров состава C₆₀ и C₇₀ - Р. Керл, Р. Смолли и Г. Крото в 1996 г. были удостоены Нобелевской премии по химии. Ими же и была предложена структура фуллерена C₆₀, известная всем любителям футбола [2].

Дата добавления: 2015-06-25