Углерод: формирование замкнутых частиц

Вид материала

Автореферат

Содержание Основные результаты и выводы Цитированная литература

Подобный материал:

• Методическая разработка урока-семинара «Углерод знакомый и неожиданный» (9 класс), 78.52kb.
• Исследование переходных процессов в замкнутых нелинейных системах управления 111, 347.96kb.
• Программа Государственного экзамена по подготовке магистра по направлению «Физика ядра, 32.88kb.
• Д. Н. Радченко на тему: «Развитие методологии проектирования замкнутых горнотехнических, 66.37kb.
• Тема урока: «Углерод основа всей жизни», 68.89kb.
• Доклад на тему: «Современная наука о космосе», 42.15kb.
• Волков Глеб Юрьевич систематика и структурно-параметрический синтез механизмов на базе, 545.92kb.
• Научно-исследовательская работа по направлениям, темам Физика элементарных частиц,, 1378.62kb.
• Хронология баллистической теории предыстория, 52.88kb.
• Лекция 17. Элементарные частицы >17. 1 Виды взаимодействий элементарных частиц, 319.98kb.

В заключении подведены итоги настоящей работы, намечены некоторые перспективы на будущее. Отмечается, что предложенные композиты могут быть интересны не только как сверхпроводники, но и просто как новые неметаллические высокопроводящие материалы. В самом конце автор благодарит коллег и научные фонды, помогавшие выполнению работы. Особая благодарность – И.В.Викторовскому за то, что в отделе натурных эколого-химических исследований НИЦЭБ РАН автору была предоставлена возможность заниматься исследованиями по физике углерода.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ


1. Рассмотренные в диссертации замкнутые многослойные частицы углерода различных форм и размеров образуются в процессе сажеобразования и являются членами одного ряда, поскольку все они зарождаются и вырастают по одинаковому сценарию и характеризуются однотипным строением. Центральный момент данного явления – это синтез фуллереновых кластеров. Сажевые частицы вырастают путем осаждения частиц углеродного пара на поверхность кластеров с дефектами структуры как на центры конденсации. Сажевые частицы составлены концентрическими слоями, представляющими собой искаженные и дефектные углеродные сетки, конфигурация которых соответствует конфигурации исходного фуллерена-зародыша. Для теоретического описания процесса роста сажевых частиц можно использовать принципы теории кристаллического роста.

2. Сажевые частицы являются основой структуры углерода шунгитов. Протошунгитовое вещество представляло собой композицию сажевых массивов с углеводородными связующими веществами, которые со временем предельно карбонизировались и химически связали сажевые частицы. Сажевые частицы и связующие тяжелые углеводороды образовались в процессах термического преобразования глубинного метана. Минеральную составляющую часть пород сформировали потоки гетеровеществ, сопровождавших выбросы метана.

3. Молекулы фуллеренов эффективно взаимодействуют физически с молекулами органических веществ. Теоретические оценки величин соответствующих адсорбционных потенциалов отвечают значениям, полученным экспериментальным путем. В кристаллических фуллеренах сорбция главным образом обеспечивается пористой структурой. Микропорами являются межмолекулярные пространства, которые в совершенной решетке типа ГЦК закрыты. Сквозную пористость создают дефекты структуры, и чем дефектов больше, тем выше адсорбционная емкость. Эффективность адсорбции органических веществ тем выше, чем выше растворимость фуллеренов в адсорбируемом веществе. В процессах адсорбции-десорбции качество кристаллической структуры С₆₀ может ухудшаться и улучшаться. Непосредственно в кристаллическую решетку С₆₀ можно вводить твердые органические вещества путем простого вдавливания.

4. Использование последнего факта, принципа организации шунгитового углерода, а также других выявленных обстоятельств позволило предложить новый принцип построения веществ с прочной непрямой химической связью между молекулами фуллеренов и разработать основы гибкой технологии синтеза новых перспективных материалов. В условиях высоких давлений и температур получены экспериментальные образцы двойных и тройных композитов на основе смесей фуллеренов, углеводородов, легирующих добавок. Подготовка составов и синтез образцов, как и их исследование, проводятся на воздухе. По сравнению с обычными фуллеритами, композиты обладают высокой электропроводностью. Выявленные свойства позволяют предположить, что в этих материалах процессы переноса заряда управляются квантовыми интерференционными эффектами, которые регистрируются при высоких температурах. При легировании натрием наблюдается устойчивое по отношению к воздушной среде состояние, которое можно трактовать как сверхпроводящее. В качестве механизма образования куперовских пар предлагается взаимодействие электронов проводимости с π-электронной системой молекулы С₆₀, способное обеспечить высокотемпературную сверхпроводимость.


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА


[1]. Miyazaki Y., Sorai M., Lin R., Dworkin A., Szwarc H., Godard J. Heat capasity of a giant single crystal of C₆₀//Chem. Phys. Lett.–1999.–V. 305, No. 3,4.–P. 293–297.

[2]. Органическое вещество шунгитоносных пород Карелии/Ред. М.М.Филиппов. – Петрозаводск: Карельский НЦ РАН. 1994. – 208 с.

[3]. Ковалевский В.В. Структурное состояние шунгитового углерода//Ж. неорг. химии.–1994.–Т. 39, № 1.–С. 31–35.

[4]. Теснер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. – М.: Химия. 1972. – 136 с.

[5]. Крестинин А.В. Образование сажевых частиц как процесс химической конденсации полиинов//Хим. физ.–1998.–Т. 17, № 8.–С. 41–56.

[6]. Richter H., Howard J.B. Formation of polycyclic aromatic hydrocarbons and their growth to soot – a review of chemical reaction pathways//Prog. Energy Combust. Sci.–2000.–V. 26.–С. 565–608.

[7]. Donnet J.B. Structure and reactivity of carbons: from carbon black to carbon composites//Carbon.–1982.–V. 20, No. 4.–P. 267–282.

[8]. Zhang Q.L., O’Brien S.C., Heath J.R., Liu Y., Curl R.F., Kroto H.W., Smalley R.E. Reactivity of large carbon clasters: spheroidal carbon shellsand and their possible relevance to the formation and morphology of soot//J. Phys. Chem.–1986.–V. 90, No. 4.–P. 525–528.

[9]. Lahaye J. Particulated carbon from the gas phase//Carbon.–1992.–V. 30, No. 3.–P. 309–314.

[10]. Лодиз Р., Паркер Р. Рост монокристаллов: Пер. с англ. – М.: Мир. 1974. – 540 с.

[11]. Теснер П.А. Кинетика образования пироуглерода. – М.: ВИНИТИ. 1987. – 65 с.

[12]. Лозовик Ю.Е., Попов А.М. Механизм образования углеродных наночастиц в электрической дуге//ТВТ.–1995.–Т. 33, № 4.–С. 539–545.

[13]. Steele W.A. The interaction of gases with solid surfaces. – N.Y.: Pergamon. 1974. – 349 p.

[14]. Самонин В.В., Маракулина Е.А. Адсорбционные свойства фуллеренсодержащих материалов//ЖФХ.–2002.–Т. 76, № 5.–С. 888–892.

[15]. Sundqvist B. Fullerenes under high pressures//Adv. Phys.–1999.–V. 48, No. 1.–P. 1–134.

[16]. Макарова Т.Л. Электрические и оптические свойства мономерных и полимеризованных фуллеренов//ФТП.–2001.–Т. 35, № 3.–С. 257–293.

[17]. Buntar V., Weber H.W. Magnetic properties of fullerene superconductors//Supercond. Sci. Technol.–1996.–V. 9.–P. 599–615.

[18]. Гантмахер В.Ф. Электроны в неупорядоченных средах. – М.: Физматлит. 2003. – 174 с.

[19]. Rosenbaum T.F., Milligan R.F., Thomas G.A., Lee P.A., Ramakrishnan T.V., Bhatt R.N., DeConde K., Hess H., Perry T. Low-temperature magnetoresistance of a disordered metal//Phys. Rev. Lett.–1981.–V. 47, No. 24.–P. 1758–1761.

[20]. Rosseinsky M.J., Ramirez A.P., Glarum S.H., Murphy D.W., Haddon R.C., Hebard A.F., Palstra T.T.M., Zahurak S.M., Machija A.V. Superconductivity at 28 K in Rb_xC₆₀//Phys. Rev. Lett.–1991.–V. 66, No. 21.–P. 2830–2832.


Список работ по теме диссертации

1. Березкин В.И., Константинов П.П., Холодкевич С.В. Эффект Холла в природном стеклоуглероде шунгитов//ФТТ.–1997.–T. 39, № 10.–C.1783–1786.
   
2. Холодкевич С.В., Березкин В.И., Давыдов В.Ю. Особенности структуры и температурная стойкость шунгитов к графитации. ФТТ.–1999.–T.41, № 8.–C.1412–1415.
   
3. Холодкевич С.В., Березкин В.И., Давыдов В.Ю. Исследование структуры природного стеклоуглерода шунгитов методами рамановской спектроскопии// Углеродсодержащие формации в геологической истории: Сборник докладов Межд. симпоз. 2–7 июня 1998 г.–Петрозаводск, 1999.–С.112–116.
   
4. Березкин В.И. К вопросу о генезисе карельских шунгитов в связи с особенностями их структуры//Геохимия.–2001.–T.39, № 3.–C.253–260.
   
5. Березкин В.И. О сажевой модели происхождения карельских шунгитов//Геология и геофизика.–2005.–T.46, № 10.–C.1093–1101.
   
6. Березкин В.И., Красинькова М.В. Оптические свойства Bi₁₂SiO₂₀, легированного хромом//Письма в ЖТФ.–1983.–T. 9, № 8.–C. 467–471.
   
7. Berezkin V.I., Grachev A.I. Properties of Al-doped bismuth silicon oxide//Physica status solidi (a).–1984.–V. 82.–P. K95–K99.
   
8. Березкин В.И. Фуллерены как зародыши сажевых частиц//ФТТ.–2000.–T.42, № 3.–C. 567–572.
   
9. Berezkin V.I. Possible mechanism of nucleation and growth of closed many-layer carbon particles//Carbon Black: Proceedings of the 3th Int. Сonf. 25–26 October 2000.–Mulhouse, France: 2000.–P.31–34.
   
10. Березкин В.И. Процессы формирования углеродных замкнутых частиц из фуллереновых ядер//ФТТ.–2001.–T.43, № 5.–C.930–935.
    
11. Berezkin V.I. Nucleation and growth of closed many-layer carbon particles//Physica status solidi (b).–2001.–V.226, No.2.–P.271–284.
    
12. Березкин В.И., Викторовский И.В., Вуль А.Я., Голубев Л.В., Петрова В.Н., Хорошко Л.О. Фуллереновые микрокристаллиты как адсорбенты органических соединений//Аморфные и микрокристаллические полупроводники: Сборник трудов III Межд. конф. 2–4 июля 2002 г.–СПб, 2002.–С.222–223.
    
13. Березкин В.И., Викторовский И.В., Голубев Л.В., Петрова В.Н., Хорошко Л.О. Сравнение сорбционной способности активного угля, сажи и фуллеренов на примере хлорорганических соединений//Письма в ЖТФ.–2002.–T. 28, № 21.–C.11–21.
    
14. Berezkin V.I., Viktorovskii I.V., Khoroshko L.O., Petrova V.N., Vul’ A.Ya., Golubev L.V. Adsorption interactions of fullerenes with organic compounds//Carbon 2003: Proceedings of the Int. Conf. 6–10 July 2003.–Oviedo, Spain, 2003.–P.1–4.
    
15. Березкин В.И., Викторовский И.В., Вуль А.Я., Голубев Л.В., Петрова В.Н., Хорошко Л.О. Фуллереновые микрокристаллиты как адсорбенты органических соединений//ФТП.–2003.–T.37, № 7.–C.802–810.
    
16. Березкин В.И., Самонин В.В., Викторовский И.В., Голубев Л.В., Яговкина М.А. Механизмы адсорбции органических веществ на кристаллических фуллеренах// Аморфные и микрокристаллические полупроводники: Сборник трудов IV Межд. конф. 4–5июля 2004 г.–СПб, 2004.–C.85–86.
    
17. Голубок А.О., Давыдов Д.Н., Типисев С.Я., Петров М.П., Березкин В.И., Красинькова М.В. Туннельная электронная спектроскопия сверхпроводящей керамики YВa₂Cu₃O_7–δ//Письма в ЖТФ.–1988.–T. 14, № 10.–C. 942–946.
    
18. Березкин В.И. Новые композиционные материалы на основе фуллеренов//Письма в ЖЭТФ.–2006.–T.83, № 9.–C.455–461.
    
19. Березкин В.И., Самонин В.В., Викторовский И.В., Никонова В.Ю., Яговкина М.А., Голубев Л.В. Адсорбция бензола в дисперсных поликристаллических фуллеритах// ЖФХ.–2006.–T.80, № 12.–C.2226–2233.
    
20. Березкин В.И., Попов В.В. Электрические и гальваномагнитные эффекты в новых фуллереновых композитах с примесью натрия//ФТТ.–2007.–T.49, № 9.–C. 1719–1726.
    
21. Kholodkevich S.V., Lubimtsev V.A., Berezkin V.I., Davydov V.Yu. Optical properties of 15–20 Å carbon clusters//Fullerenes and atomic clusters: Abstracts of the 3rd Biennial Int. Workshop 30 June–4 July 1997.–St. Petersburg, Russia, 1997.–P.158.
    
22. Холодкевич С.В., Давыдов В.Ю., Березкин В.И. Исследование структуры природного стеклоуглерода шунгитов методами рамановской спектроскопии// Углеродсодержащие формации в геологической истории: Тез. докл. Межд. симпоз. 2–7 июня 1998 г.–Петрозаводск, 1998.–С.148.
    
23. Холодкевич С.В., Давыдов В.Ю., Березкин В.И. Структурные изменения в шунгитах при температурных обработках образцов//Аморфные и микрокристаллические полупроводники: Тез. докл. Всеросс. симпоз. с участием ученых из стран СНГ 5–9 июня 1998 г.–СПб, 1998.–С.162.
    
24. Berezkin V.I. Fullerene origin in shungites and its role in formation of the rocks// Fullerenes and atomic clusters: Abstracts of the 4th Biennial Int. Workshop 4–8 October 1999.–St. Petersburg, Russia.–1999.–P.88.
    
25. Березкин В.И. Образование дисперсного твердого углерода из фуллереновых кластеров//Аморфные и микрокристаллические полупроводники: Тез. докл. II Межд. конф. 3–5 июля 2000 г.–СПб, 2000.–С.53.
    
26. Berezkin V.I. A new model of closed many-layer carbon particle inception and growth from fullerene clusters//Fullerenes and atomic clusters: Abstracts of the 5th Biennial Int. Workshop 2–6 July 2001.–St. Petersburg, Russia, 2001.–P.275.
    
27. Викторовский И.В., Хорошко Л.О., Петрова В.Н., Березкин В.И. Фуллерены – новые углеродные адсорбенты органических загрязнителей воды//Акватерра: Тез. докл. V Межд. конф. 12–15 ноября 2002 г.–СПб, 2002.–С.31–32.
    
28. Berezkin V.I., Viktorovskii I.V., Khoroshko L.O., Petrova V.N., Vul’ A.Ya., Golubev L.V. Adsorption interactions of fullerenes with organic compounds//Carbon 2003: Abstracts of Int. Conf. 6–10 July 2003.–Oviedo, Spain.–2003.–P.135.
    
29. Berezkin V.I., Viktorovskii I.V., Khoroshko L.O., Petrova V.N., Golubev L.V., Vul’ A.Ya. Adsorption of some organic compounds on fullerenes//Fullerenes and atomic clusters: Abstracts of the 6th Biennial Int. Workshop 30 June–4 July 2003.–St. Petersburg, Russia, 2003.–P.304.
    
30. Berezkin V.I., Samonin V.V., Nikonova V.Yu., Yagovkina M.A., Viktorovskii I.V., Golubev L.V. Peculiarities of adsorption processes in crystalline fullerites//Fullerenes and atomic clusters: Abstracts of the 7th Biennial Int. Workshop 27 June–1 July 2005.–St. Petersburg, Russia, 2005.–P.257.
    
31. Berezkin V.I., Popov V.V. Superconductivity in new fullerene composites//Fullerenes and atomic clusters: Abstracts of the 8th Biennial Int. Workshop July 2–6 2007.–St. Petersburg, Russia, 2007.–P.81.