Бесплатная техническая библиотека

Фуллерены. История изобретения и производства

Справочник / История техники, технологии, предметов вокруг нас

 Комментарии к статье

Фуллерен, бакибол или букибол - молекулярное соединение, принадлежащее классу аллотропных форм углерода и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из четного числа трехкоординированных атомов углерода. Своим названием фуллерены обязаны инженеру и архитектору Ричарду Бакминстеру Фуллеру, чьи геодезические конструкции построены по этому принципу. Первоначально данный класс соединений был ограничен лишь структурами, включающими только пяти- и шестиугольные грани.

Фуллерен С60

Самое твердое вещество в природе - алмаз. Это углеродное соединение имеет кристаллическую решетку в форме тетраэдра - пирамиды с четырьмя равновеликими треугольными гранями. Его вершины образованы четырьмя атомами углерода. Треугольник - очень жесткая фигура его можно сломать, но деформировать или смять нельзя. Именно поэтому прочность алмаза столь высока.

В природе известны кристаллы с решеткой, состоящей не из атомов, а из молекул. Если молекулы достаточно велики и связи между ними сильны, то кристаллическая решетка оказывается чрезвычайно прочной. Этим условиям в полной мере отвечают фуллерены: имея диаметр больше 0,5 нм, они соединяются в кристалл с ячейками размером менее 1,5 нм.

Как это часто бывает, открытие фуллеренов не стало результатом целенаправленного поиска. Основное направление работ в лаборатории Р. Смолли в Университете Райса (Техас), где в 1980-е годы было сделано открытие, связанное с исследованиями структуры металлических кластеров. Методика подобных исследований основана на измерении масс-спектров частиц, которые образуются в результате интенсивного воздействия лазерного излучения на поверхность исследуемого материала.

Схема установки для получения фуллеренов: 1 - графитовые электроды; 2 - охлаждаемая медная шина; 3 - медный кожух, 4 - пружины

"В августе 1985 года в лабораторию Смолли приехал известный астрофизик Г. Крото, - пишет Александр Валентинович Елецкий в "Соросовском образовательном журнале", - который работал над проблемой отождествления спектров инфракрасного излучения, испускаемого некоторыми межзвездными скоплениями. Одно из возможных решений этой проблемы, достаточно давно стоявшей в астрофизике, могло быть связано с кластерами углерода, который, как известно, составляет основу межзвездных скоплений. Целью визита Крото в Техас была попытка, воспользовавшись аппаратурой лаборатории Смолли, по масс-спектру кластеров углерода получить заключение об их возможной структуре.

Результаты экспериментов привели в шоковое состояние его участников. В то время как для большинства исследованных ранее кластеров типичные значения магических чисел составляют в зависимости от взаимного расположения атомов значения 13, 19, 55 и т п., в масс-спектре кластеров углерода наблюдались явно выраженные пики с числом атомов 60 и 70. Единственным непротиворечивым объяснением такой особенности кластеров углерода явилась гипотеза, согласно которой атомы углерода образуют стабильные замкнутые сферические и сфероидальные структуры, впоследствии названные фуллеренами".

Эта гипотеза, подтвержденная в дальнейшем более детальными исследованиями, по существу и легла в основу открытия фуллеренов. Публикация о первых наблюдениях фуллеренов была направлена в журнал "Nature" уже через 20 дней после приезда Крото в Техас. В этой статье помимо предположения о сфероидальной форме фуллеренов содержались идеи о возможности существования эндоэдральных молекул фуллеренов, то есть молекул, внутри которых заключены один или несколько атомов другого элемента. Дальнейшие исследования подтвердили и это предположение.

Расстояние между молекулами в таких кристаллах меньше, чем расстояние между атомами в решетке алмаза. Кроме того, в ячейках обоих видов есть "особый" фуллерен, взаимодействующий с остальными через 12-16 очень коротких и сильных межмолекулярных связей. Все это и определяет необычайную твердость кристаллического фуллерита: она в два-три раза выше твердости алмаза.

За открытие фуллеренов Г. Крото, Р. Смолли и Р. Керл были удостоены Нобелевской премии по химии.

Подлинный бум в исследованиях фуллеренов начался в 1990 году. Это произошло после того, как немецкий астрофизик В. Кретчмер и американский исследователь Д. Хафман разработали технологию получения фуллеренов в достаточных количествах. Технология основана на термическом распылении электрической дуги с графитовыми электродами и последующей экстракции фуллеренов из продуктов распыления с помощью органических растворителей, например, бензола, толуола.

Новая технология позволила многочисленным научным лабораториям исследовать фуллерены не только в молекулярной форме, но также и в кристаллическом состоянии. В результате были сделаны новые открытия. Так, в 1991 году американские ученые обнаружили сверхпроводимость фуллереновых кристаллов, легированных атомами щелочных металлов, с критической температурой от 18 до 40 градусов Кельвина в зависимости от сорта щелочного металла. И по сегодняшний день исследования и разработки в области фуллеренов являются одним из приоритетных направлений мировой науки и технологии. Подобная популярность связана с удивительными физико-химическими свойствами фуллеренов, открывающими возможность их прикладного использования.

Молекулы фуллеренов обладают высокой электроотрицательностью. Они способны присоединять к себе до шести свободных электронов. Это делает фуллерены сильными окислителями. Они способны образовывать множество новых химических соединений с новыми интересными свойствами. В состав химических соединений фуллеренов, входят шестичленные кольца углерода с одинарными и двойными связями. Поэтому можно рассматривать их как трехмерный аналог ароматических соединений. Кристаллы фуллеренов представляют собой полупроводники с шириной запрещенной зоны 1-2 эВ. Они обладают фотопроводимостью при облучении видимым светом.

"Широк круг возможных технологических применений фуллеренов, - пишет Езерский. - Так, использование фуллеренов в качестве присадки к смазочному маслу существенно (до 10 раз) снижает коэффициент трения металлических поверхностей и соответственно повышает износостойкость деталей и агрегатов. Активно разрабатываются также другие возможности массовых применений фуллеренов, связанные, в частности, с созданием нового типа аккумуляторных батарей, не подверженных, в отличие от традиционно используемых батарей на основе лития, разрушению электродов.

Особого внимания заслуживает проблема использования фуллеренов в медицине и фармакологии. Одна из основных трудностей, стоящих на пути успешного решения этой задачи, связана с созданием водорастворимых нетоксичных соединений фуллеренов, которые могли бы вводиться в организм человека и доставляться с кровью в орган, подлежащий терапевтическому воздействию. Широко обсуждается в литературе идея создания противораковых медицинских препаратов на основе водорастворимых эндоэдральных соединений фуллеренов (молекулы фуллеренов, внутри которых помещен один или несколько атомов какого-либо элемента) с внедренными внутрь структуры фуллеренов радиоактивными изотопами. Введение такого лекарства в ткань позволит избирательно воздействовать на пораженные опухолью клетки, препятствуя их дальнейшему размножению".

Автор: Мусский С.А.

 Рекомендуем интересные статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас:

▪ Печатная машина

▪ Сумка на колесиках

▪ Пузырчатая упаковка

Смотрите другие статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Сверхлегкий керамический материал 10.03.2019 Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и восьми других научно-исследовательских институтов совместными усилиями создали чрезвычайно легкий и механически устойчивый аэрогельный материал, в основе которого лежит керамическое соединение. Этот материал, в первую очередь, может использоваться в качестве защиты космических кораблей из-за того, что он способен выдерживать большие температуры и резкие температурные перепады, которые достаточно часто возникают во время космических миссий. Помимо стойкости к температуре и перепадам, уникальный атомарный состав нового материала и его микроскопическая структура делают его необычайно упругим. Материал может быть сжат до 5 процентов от его первоначального объема и восстановить после этого свою изначальную форму. Для сравнения, другие керамические аэрогели без потерь выдерживают сжатие максимум до 20 процентов от начального объема. Основой нового материала являются тончайшие слои нитрида бора, керамического соединения, атомы которого формируют кристаллическую решетку в форме шестиугольника. Во время испытаний новый материал подвергался разнообразным воздействиям различной природы, некоторые из которых являются губительными для других аэрогелей. К примеру, материал остался в целости после охлаждения до температуры в -198 градусов и последующего быстрого нагрева (за несколько секунд) до температуры в 900 градусов. А за неделю постоянного пребывания при температуре в 1400 градусов Цельсия, новый материал утратил всего 1 процент от начальной механической прочности. Еще одной отличительной особенностью нового материала является его реакция на повышение температуры, которая обратна реакции любого другого нормального материала. При увеличении температуры новый аэрогель не расширяется, а, наоборот, сокращается в размерах. Это его свойство позволяет материалу выдерживать многократные температурные перепады без потерь структурной целости и механической прочности. Для изготовления нового керамического аэрогеля был разработан новый уникальный технологический процесс. Согласно имеющейся информации, этот техпроцесс подходит для условий крупномасштабного массового производства и его легко адаптировать для производства аэрогелей из других видов керамических материалов. "Эти новые материалы могут стать крайне полезными для изготовления высокоэффективной тепловой изоляции, используемой в космической технике, автомобилях и технологическом специализированном оборудовании" - пишут исследователи, - "Помимо этого, новые материалы могут быть использованы в системах аккумулирования тепловой энергии, в технологиях фильтрации и катализа".

Другие интересные новости:

▪ Лазерные фары автомобилей BMW

▪ Компьютерная мышь контролирует биометрические параметры

▪ Энергоэффективные процессоры Intel Atom x3

▪ Видеоклуб для японских пенсионеров

▪ Спортивная одежда по технологии NASA

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструкции по эксплуатации. Подборка статей

▪ статья Анаис Нин. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какое изменение в составе бензина строго коррелирует со снижением уровня преступности? Подробный ответ

▪ статья Вороньи ягоды. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Автоматический регулятор температуры холодильника. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Необыкновенная ваза. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026