Безкоштовна технічна бібліотека

Фулерени. Історія винаходу та виробництва

Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас

 Коментарі до статті

Фуллерен, бакібол або букібол - молекулярна сполука, що належить класу алотропних форм вуглецю і є опуклими замкнутими багатогранниками, складеними з парного числа трикоординованих атомів вуглецю. Своєю назвою фулерени зобов'язані інженеру та архітектору Річарду Бакмінстеру Фуллеру, чиї геодезичні конструкції побудовані за цим принципом. Спочатку цей клас сполук був обмежений лише структурами, що включають лише п'яти- та шестикутні грані.

Фуллерен С60

Найтвердіша речовина в природі – алмаз. Ця вуглецева сполука має кристалічну решітку у формі тетраедра - піраміди з чотирма рівновеликими трикутними гранями. Його вершини утворені чотирма атомами вуглецю. Трикутник – дуже жорстка фігура його можна зламати, але деформувати чи зім'яти не можна. Саме тому міцність алмазу настільки висока.

У природі відомі кристали з ґратами, що складається з атомів, та якщо з молекул. Якщо молекули досить великі і зв'язки між ними сильні, то кристалічні грати виявляються надзвичайно міцними. Цим умовам повною мірою відповідають фулерени: маючи діаметр більше 0,5 нм, вони з'єднуються в кристал із осередками розміром менше 1,5 нм.

Як це часто буває, відкриття фулеренів не стало результатом цілеспрямованого пошуку. Основний напрям робіт у лабораторії Р. Смоллі в Університеті Райса (Техас), де у 1980-ті роки було зроблено відкриття, пов'язане з дослідженнями структури металевих кластерів. Методика подібних досліджень ґрунтується на вимірі мас-спектрів частинок, які утворюються в результаті інтенсивного впливу лазерного випромінювання на поверхню досліджуваного матеріалу.

Схема установки для отримання фулеренів: 1 – графітові електроди; 2 - мідна шина, що охолоджується; 3 - мідний кожух; 4 - пружини.

"У серпні 1985 року в лабораторію Смоллі приїхав відомий астрофізик Г. Крото, - пише Олександр Валентинович Єлецький у "Соросовському освітньому журналі", - який працював над проблемою ототожнення спектрів інфрачервоного випромінювання, що випускається деякими міжзоряними скупченнями. давно яка стояла в астрофізиці, могло бути пов'язане з кластерами вуглецю, який, як відомо, становить основу міжзоряних скупчень.Метою візиту Крото до Техасу була спроба, скориставшись апаратурою лабораторії Смоллі, за мас-спектром кластерів вуглецю отримати висновок про їхню можливу структуру.

Результати експериментів призвели до шокового стану його учасників. У той час як для більшості досліджених раніше кластерів типові значення магічних чисел становлять в залежності від взаємного розташування атомів значення 13, 19, 55 і т.п. поясненням такої особливості кластерів вуглецю стала гіпотеза, згідно з якою атоми вуглецю утворюють стабільні замкнуті сферичні та сфероїдальні структури, згодом названі фулеренами".

Ця гіпотеза, підтверджена надалі детальнішими дослідженнями, сутнісно і лягла основою відкриття фулеренів. Публікація про перші спостереження фулеренів була направлена ​​в журнал "Nature" вже через 20 днів після приїзду Крото до Техасу. У цій статті крім припущення про сфероїдальну форму фулеренів містилися ідеї про можливість існування ендоедральних молекул фулеренів, тобто молекул, всередині яких укладено один або кілька атомів іншого елемента. Подальші дослідження підтвердили це припущення.

Відстань між молекулами в таких кристалах менша, ніж відстань між атомами в решітці алмазу. Крім того, в осередках обох видів є "особливий" фулерен, що взаємодіє з рештою через 12-16 дуже коротких і сильних міжмолекулярних зв'язків. Все це і визначає надзвичайну твердість кристалічного фуллериту: вона в два-три рази вища за твердість алмазу.

За відкриття фулеренів Г. Крото, Р. Смоллі та Р. Керл були удостоєні Нобелівської премії з хімії.

Справжній бум у дослідженнях фулеренів почався 1990 року. Це сталося після того, як німецький астрофізик В. Кретчмер та американський дослідник Д. Хафман розробили технологію отримання фулеренів у достатній кількості. Технологія заснована на термічному розпиленні електричної дуги з графітовими електродами та подальшої екстракції фулеренів з продуктів розпилення за допомогою органічних розчинників, наприклад, бензолу, толуолу.

Нова технологія дозволила численним науковим лабораторіям досліджувати фулерени у молекулярної формі, а й у кристалічному стані. В результаті було зроблено нові відкриття. Так, у 1991 році американські вчені виявили надпровідність фулеренових кристалів, легованих атомами лужних металів, з критичною температурою від 18 до 40 градусів Кельвіна залежно від сорту лужного металу. І по сьогоднішній день дослідження та розробки в галузі фулеренів є одним із пріоритетних напрямків світової науки та технології. Подібна популярність пов'язана з дивовижними фізико-хімічними властивостями фулеренів, що відкривають їх прикладне використання.

Молекули фулеренів мають високу електронегативність. Вони здатні приєднувати себе до шести вільних електронів. Це робить фулерени сильними окислювачами. Вони здатні утворювати безліч нових хімічних сполук із новими цікавими властивостями. До складу хімічних сполук фулеренів, входять шестичленні кільця вуглецю з одинарними та подвійними зв'язками. Тому можна розглядати їх як тривимірний аналог ароматичних сполук. Кристали фулеренів є напівпровідниками з шириною забороненої зони 1-2 еВ. Вони мають фотопровідність при опроміненні видимим світлом.

"Широке коло можливих технологічних застосувань фулеренів, - пише Єзерський. - Так, використання фулеренів як присадка до мастила суттєво (до 10 разів) знижує коефіцієнт тертя металевих поверхонь і відповідно підвищує зносостійкість деталей і агрегатів. Активно розробляються також інші можливості масових застосувань фулеренів. , пов'язані, зокрема, зі створенням нового типу акумуляторних батарей, що не схильні, на відміну від традиційно використовуваних батарей на основі літію, руйнування електродів.

На особливу увагу заслуговує проблема використання фулеренів у медицині та фармакології. Одна з основних труднощів, що стоять на шляху успішного вирішення цього завдання, пов'язана зі створенням водорозчинних нетоксичних сполук фулеренів, які могли б вводитися в організм людини та доставлятися з кров'ю до органу, що підлягає терапевтичному впливу. Широко обговорюється в літературі ідея створення протиракових медичних препаратів на основі водорозчинних ендоедральних сполук фулеренів (молекули фулеренів, усередині яких вміщено один або кілька атомів будь-якого елемента) з впровадженими всередину структури фулеренів радіоактивними ізотопами. Введення таких ліків у тканину дозволить вибірково впливати на уражені пухлиною клітини, перешкоджаючи їх подальшому розмноженню.

Автор: Муський С.А.

 Рекомендуємо цікаві статті розділу Історія техніки, технології, предметів довкола нас:

▪ Важіль, блок, похила площина

▪ Аероплан

▪ Реактивний двигун

Дивіться інші статті розділу Історія техніки, технології, предметів довкола нас.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Спогади зігрівають і душу, і тіло 14.12.2012 Ностальгія зігріває душу. Як не дивно, це виявилося вірним не лише у переносному значенні. Спогади про давно минулі дні, як показав експеримент учених із університету Саутгемптона, справді можуть змусити нас відчути себе фізично тепліше. У дослідженні, опублікованому в журналі Emotion, було вивчено вплив ностальгічних спогадів на наші фізичні реакції – сприйняття холоду та тепла. Усього експеримент складався з кількох етапів. Спочатку учасників попросили просто записувати свої ностальгічні почуття і спогади, що виникають спонтанно, протягом 30 днів поспіль. З'ясувалося, що самі спогади виникають частіше і тримаються довше у холодніші дні. У другому досвіді учасників розташували у трьох кімнатах – холодній (20 градусів С), комфортній (24 градусів С) та гарячій (28 градусів С) та опитували їх на предмет спогадів та відчуттів. Добровольці в номерах з комфортною та підвищеною температурою не відрізнялися один від одного, добровольці ж із холодної частіше вдавалися до приємних спогадів про минуле. Потім учасників попросили розташуватися у приміщенні та провести час, згадуючи ностальгічні чи звичайні події з їхнього життя. Після цього їм пропонували вгадати температуру у приміщенні. Ті, хто відчував ностальгію, сприймали температуру вище, ніж вона була насправді. Аналогічно, добровольців просили протримати руки у крижаній воді стільки, скільки вони здатні витримати. Якщо в цей час активувалися ностальгічні спогади, руки у воді вони тримали довше за інших. "Ностальгія переживається часто, і все, що ми знали досі - це що вона здатна підтримувати певний психологічний комфорт, - сказав доктор Тім Вільдшут, старший викладач університету Саутгемптона та співавтор дослідження. - Але тепер наші дослідження показали, що ностальгія виконує гомеостатичну функцію і дозволяє організму моделювати тілесний стан за рахунок ментальних переживань. Можливо, виявиться, що ностальгія здатна підвищити нашу адаптацію до інших видів фізичного дискомфорту, крім низьких температур".

Інші цікаві новини:

▪ Гібридні процесори AMD Trinity

▪ Пробки треба просмажувати

▪ На Енцеладі знайдено всі хімічні інгредієнти життя

▪ Внутрішній маршрутизатор ZTE 5G CPE MC8020

▪ 5G може зашкодити прогнозам погоди

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Чудеса природи. Добірка статей

▪ стаття У грецькій залі. Крилатий вислів

▪ стаття У якій із війн загинуло найбільше британських солдатів - якщо рахувати у відсотках? Детальна відповідь

▪ стаття Кровотеча із носа. Медична допомога

▪ стаття Фотоелектричні елементи. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Простий регулятор напруги на тиристорі для 127 і 220 вольт. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024