Химия фуллеренов
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
сновы полимерной цепочки, либо в качестве соединительного элемента. В первом случае, для которого используется образное название "нить жемчуга", соединение фуллеренов осуществляется с помощью бензольных колец. Второму случаю соответствует термин "браслет" (рис 8). Однако наибольший интерес с точки зрения возможных приложений представляет проблема создания полимеров, полностью составленных из молекул фуллеренов.
Рисунок 8 - Браслет
Углеродные нанотрубки (УНТ) можно заполнять молекулами фуллеренов. Образующиеся при этом структуры ? стручки (peapods), обладают интересными физико-химическими свойствами. Молекулы фуллеренов, находящиеся внутри УНТ, составляют одномерную цепочку, которую невозможно реализовать ни в каких других условиях.
Интересные особенности были обнаружены в результате исследования, выполненного группой ученых из нескольких японских университетов, которые обнаружили эффект полимеризации фуллеренов, находящихся внутри УНТ в результате воздействия внешнего давления (рис. 9). Молекулы фуллерена С60 вводили внутрь раскрытых нанотрубок. Наблюдения, выполненные с помощью просвечивающего электронного микроскопа, показали, что степень заполнения УНТ молекулами фуллерена С60 превышает 80%. Полученные стручки вводили в смесь метилового и этилового спирта и подвергали обработке давлением с помощью алмазной наковальни. Результаты измерений указывают на эффект резкого уменьшения среднего расстояния между молекулами фуллерена С60 внутри стручка от 1 до 0.85 нм при достижении давления около 2 ГПа. Это соответствует расстоянию между поверхностями соседних молекул фуллеренов около 0.145 нм, которое примерно в 2.4 раза меньше соответствующей величины для кристаллического фуллерита и сопоставимо с расстоянием между соседними атомами углерода в молекуле фуллерена. Подобная внутренняя структура стручка частично сохраняется после снятия нагрузки. Это указывает на эффект полимеризации молекул фуллеренов в стручке, которые образуют одномерный полимер. [6, 9]
Рисунок 9 - Фуллерены внутри нанотрубки
.3Сорбционные свойства
Фуллериты обладают высокой сорбционной способностью и как сорбенты по эффективности намного превышают широко используемый в настоящее время в качестве сорбента активированный уголь. Хорошие сорбционные свойства дают возможность создавать на основе фуллеритов эффективные фильтры различного назначения, а также открывают новые перспективы широкого использования экологически чистого источника - водорода, т.к. на основе фуллеритов возможно создание высокоемких водородоаккумулирующих матриц. Согласно теоретическим расчетам после гидрирования всех двойных связей фуллерит С60Н60 мог бы содержать до 7.7 мас. % легко высвобождаемого при определенных условиях водорода. Получаемые практически уже сейчас гидриды фуллеренов С60Н36 содержат до 6 мас. % водорода.
.4 Оптические свойства
Фуллериты обладают фотопроводимостью. Обнадеживающие результаты достигнуты при использовании фуллеренсодержащих материалов в органических фотоэлектрических преобразователях. Солнечные батареи на основе двухслойных структур фталоцианин меди (PcCu)/С60 показали высокую эффективность преобразования (~3.6%). В указанной структуре фуллерен С60 выполняет две функции - акцептора электронов, а также служит для транспорта носителей тока. Эффект нелинейной оптической прозрачности пленок и растворов С60 используется для создания быстродействующих оптических затворов и ограничителей. Экспериментально показана возможность применения этого материала для длины волны 532 нм. Малое время отклика даёт шанс использовать фуллерены в качестве ограничителей лазерного излучения и модуляторов добротности. Однако, по ряду причин фуллеренам трудно конкурировать здесь с традиционными материалами. Высокая стоимость, сложности с диспергированием фуллеренов в стеклах, способность быстро окисляться на воздухе, далеко не рекордные коэффициенты нелинейной восприимчивости, высокий порог ограничения оптического излучения (не пригодный для защиты глаз) создают серьезные трудности в борьбе с конкурирующими материалами. Нелинейные оптические свойства фуллеритов позволяют использовать их при создании, например, оптических цифровых процессоров, устройств защиты оптических сенсоров и других преобразователей от интенсивного излучения и пр. Продемонстрирована возможность использования растворов фуллеренов в фоторезистах для высокоразрешающей (~20 нм) электронно-лучевой литографии. [10]
.5 Механические и трибологические свойства
Молекулы фуллеренов обладают высокой механической прочностью.Теоретические оценки модуля объемного сжатия. В для отдельной молекулы фуллерена С60 дают величины ~720 ? 900 ГПа. У кристалла алмаза В ~ 450 ГПа, т.е. он в два раза более легко сжимаем, чем отдельные молекулы фуллерена С60. Однако, вследствие слабости вандерваальсовских межмолекулярных связей в кристалле фуллерита С60, имеющем при обычных условиях ГЦК-решетку, модуль В в нем составляет всего лишь ~18 ГПа, т.е. в 50 раз меньше, чем у отдельной молекулы (рис 10).
Ценным свойством кристаллического фуллерита является возможность его структурной перестройки при повышенных температурах и давлениях с уменьшением межмолекулярного расстояния и образованием при этом прочных ковалентных связей между атомами углерода соседних молекул. При этом такой модифицированный фуллерит облада