Фуллерены и углеродные нанотрубки Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11-3/2016 ISSN 2410-6070

УДК 3937

Кель А.В.

Студент 3 курса института прикладной математики, физики и информатики Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

г. Владимир, Российская Федерация Научный руководитель: А.И. Христофоров д-р технич. наук, профессор кафедры «Химическая технология» Владимирского Государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, Института архитектуры, строительства и энергетики, г. Владимир, Российская Федерация

ФУЛЛЕРЕНЫ И УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ

Открытие в ХХ веке новых аллотропных форм углерода, таких, как фуллерены, углеродные нанотрубки и графен в корне изменили жизнь человечества. Невероятные свойства этих структур позволили найти своё применение в областях электроники, медицины и многих других. На данный момент времени количество статей на эту тему и различных исследований, связанных с ними, исчисляется сотнями. Что, безусловно, только подчеркивает их актуальность для научного сообщества.

Фуллерен — молекулярное соединение, состоящее из выпуклых замкнутых многогранников, составленных из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Своё название они получили благодаря инженеру и архитектору Ричарду Бакминстеру Фуллеру, который в свою очередь занимался геодезическими конструкциями, построенными по этому принципу. [1]В свою очередь твердотельные структуры, организованные на основе фуллеренов называются фуллеритами. Они были получены путём термического испарения графита.

Этот способ был разработан в 1990 году, в котором через два заточенных графитовых стержня пропускают переменный или постоянный ток. В месте контакта возникает электрическая дуга, в результате чего происходит испарение графита, который осаждается в виде сажи на стенках камеры. 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. Всё потому, что поверхность футбольного мяча составлена пятью шестиугольными лоскутками кожи, которые образуют сферическую поверхность. [2]

В настоящее время в научной литературе обсуждаются вопросы использования фуллеренов в качестве основы для производства аккумуляторных батарей. Такие батареи способны запасать в пять раз больше удельного количества водорода, именно на этом и основан принцип действия никелевых аккумуляторов. Такие батареи буду превосходить своих предшественников как с производственной, так и с экологической стороны.

Фуллерены могут найти применение в качестве присадок для ракетных топлив, смазочного материала. Так же большое внимание уделяется проблеме использования фуллеренов в медицине и фармакологии для создания противораковых препаратов.

Высокое применение фуллеренов ограничивается их высокой стоимостью, в связи не совершенности их способов получения и очистки. По- этому актуальнейшей задачей является разработка новых эффективных методов их получения. [3,c.56]

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11-3/2016 ISSN 2410-6070

Нельзя назвать точную дату открытия нанотрубок. Хотя считается тот факт, что наблюдения данной структуры проводились японским ученым Иджимой в 1991 г., но существуют более ранние свидетельства открытия углеродных нанотрубок. Это цилиндрические структуры с диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной несколько микрон, состоящие из одного или нескольких свёрнутых в трубку графитовых слоёв с гексагональной организацией углеродных атомов. Трубки заканчиваются полусферической головкой, образованной из половинки фуллерена. В отличие от фуллеренов, которые представляют собой молекулярную форму углерода, УНТ сочетают в себе свойства нанокластеров и массивного твёрдого тела и тем самым позволяют изменять свойства фуллеренов. Таким образом возникают новые механические, сорбционные, оптические, электрические и др. свойства. [4]

Процесс получения углеродных нанотрубок ничем не отличается от процесса получения фуллеренов. Так же происходит термическое испарение графитовых электродов в плазме дугового заряда. Используется камера заполненная гелием под давлением 500тор, где происходит термическое испарение анода, а с торцевой стороны катода образуется осадок, который и представляет собой углеродные нанотрубки. В дельнейшем с помощью ультразвукового диспергирования происходит разделение компонентов полученного осадка.

Один из основных параметров, который главным образом характеризует нанотрубки является хиральность. Различная хиральность нанотрубки характеризует угол ориентации графитовой плоскости относительно оси трубки. Свернутая в цилиндр графитовая плоскость представляет собой идеализированную углеродную нанотрубку.[5]Наблюдения с помощью электронных микроскопов показали, что нанотрубки могут состоять из одного либо из нескольких графитовых слоёв , вложенных один в другой или навитых на общую ось.

Нанотрубки благодаря их низкому поверхностному натяжению можно использовать во многих областях современной технике, наиболее перспективным является их использование в разделах современной электроники. Благодаря таким достоинствам нанотрубок, как малые размеры, электропроводность, механическая прочность и химическая стабильность, их можно считать основой будущих элементов наноэлектроники.

Открытие (УНТ) считается наиболее значительным достижением современной науки, т.к. эта форма углерода занимает промежуточное положение между графитом и фуллереном, но не имеют ничего общего с их свойствами. Это делает нанотрубки самостоятельным материалом, обладающим уникальными физико-химическими характеристиками.

Список использованной литературы:

1. Википедия [электронныйресурс]. - Доступ: httpsy/m.wikipedia.org/wiki/фуллерен, свободный. - Загл. с экрана.

2. А.Я. Борщевский, И.Н. Иоффе, Л.Н. Сидоров, С.И. Троянов, М.А.Юровская. Статья «Фуллерены»[ электронный ресурс].- Доступ: http://www.nanometer.ru/2007/06/28/fullereni_3660.html, свободный. - Загл. с экрана.

3. Золотухин И.В. Фуллерит - Новая форма углерода. Соросовский образовательный журнал, 1996.-с. 56.

4. Статья «Углеродные нанотрубки», сайт «Федеральный интернет-портал "Нанотехнологии и наноматериалы"», 2008г. [электронный ресурс]. - Доступ: http://www.portalnano.ru/read/prop/pro/part2/c-nanotubes, свободный. - Загл. с экрана.

5. Статья «Углеродные нанотрубки: виды и области применения», сайт «Cleandex», 2007 г. [электронный ресурс]. - Доступ: http://www.cleandex.ru/articles/2007/12/10/nanotubes-carbon, свободный. - Загл. с экрана.

© Кель А.В., 2016