Фулерен: одержання та властивості

Фулерени - клас хімічних сполук, молекули яких складаються тільки з вуглецю, число атомів якого парно, від 32 і більше 500, вони представляють за структурою опуклі багатогранники, побудовані з правильних п'яти-і шестикутників. Походження терміна "фулерен" пов'язане з ім'ям американського архітектора Річарда Букмінстера Фуллера, конструювати напівсферичні архітектурні конструкції, що складаються з шестикутників і п'ятикутників.

У молекулах фулеренів атоми вуглецю розташовані у вершинах правильних шести- і пятикутників, з яких складена поверхню сфери або еліпсоїда. Найбільш симетричний і найбільш повно вивчений - фулерен C 60, в якому вуглецеві атоми утворюють усічений ікосаедр, що складається з 20 шестикутників і 12 п'ятикутників і нагадує футбольний м'яч. Оскільки кожен атом вуглецю фулерену С 60 належить одночасно двом шести- і одному пятикутнику, то всі атоми в С 60 еквівалентні.

Фізичні властивості Молекулярний кристал фулерену є напівпровідником з шириною забороненої зони ~ 1.5 еВ, тому його властивості багато в чому аналогічні властивостям інших напівпровідників. Власне, ряд досліджень був пов'язаний з питаннями використання фулеренів у якості нового матеріалу для традиційних додатків в електроніці: діод, транзистор, фотоелемент і т. п. Тут їх перевагою у порівнянні з традиційним силіцієм є малий час фотовідгуку (одиниці нс). Однак істотним недоліком виявилося вплив кисню на провідність плівок фулеренів і, отже, виникла необхідність в захисних покриттях.

Синтез фулеренів Єдиним способом отримання фулеренів в даний момент (Жовтень 2007) є їх штучний синтез. Протягом ряду років ці сполуки інтенсивно вивчали в лабораторіях різних країн, намагаючись встановити умови їх утворення, структуру, властивості і можливі сфери застосування. Встановлено, зокрема, що фулерени в значній кількості містяться в сажі, що утворюється в дуговому розряді на графітових електродах. Перші фулерени виділяли з конденсованих парів графіту, отриманих при лазерному опроміненні твердих графітових зразків.

Метод електричної дуги Спочатку всі спроби експериментаторів знайти більш дешеві і продуктивні способи отримання грамових кількостей фулеренів (спалювання вуглеводнів в полум'ї, хімічний синтез та ін.) до успіху не привели і метод «дуги» довгий час залишався найбільш продуктивним. Згодом, фірмі Міцубісі вдалося налагодити промислове виробництво фулеренів методом спалювання вуглеводнів, але такі фулерени містять кисень і тому дугового метод як і раніше залишається єдиним ефективним методом отримання чистих фулеренів. Але пошуки більш раціонального та ефективного способу добування фулеренів продовжується. У численній патентній літературі заявлені різні способи збільшення виходу фулеренів і ендометалофулеренов.

Висновки Хоча фулерени мають коротку історію, цей напрям науки швидко розвивається, залучаючи до себе все нових дослідників. Вона включає три напрями: фізика фулеренів, хімія фулеренів і технологія фулеренів. Фізика фулеренів займається дослідженням структурних, механічних, магнітних, оптичних властивостей фулеренів та їх сполук. Сюди відноситься також вивчення характеру взаємодії між атомами вуглецю в цих з'єднаннях, властивості і структура систем, що складаються з молекул фулеренів. Фізика фулеренів є найбільш просунутою гілкою в області фулеренів. Хімія фулеренів пов'язана зі створенням та вивченням нових хімічних сполук, основу яких составляютфуллерени, а також вивчає хімічні процеси, в яких вони беруть участь. Слід зазначити, що по концепціям і методам дослідження цей напрямок хімії багато в чому принципово відрізняється від традиційної хімії. Техноогія фулеренів включає в себе як методи виробництва фулеренів, так і різні їх застосування.

Дякую за увагу!