Фуллерен – это сравнительно недавно открытая материальная частица с
размером около трети нанометра (трети миллионной доли миллиметра).
Фуллерен является формой углерода. С давних пор известны такие формы
углерода – графит, и алмаз. Графит, и алмаз – один и тот же химический
элемент - углерод. Он обозначается латинской
буквой С. Отличаются графит и алмаз расположением атомов углерода в кристаллической решетке.
Рис.1. Графит.
Рис.2. Алмаз.
В 1967 году в Институте элементоорганических соединений АН СССР была синтезирована третья форма углерода – карбин, состоящая из линейных, палочкоообразных молекул углерода.
Рис 3. Карбин.
В 1973 году Д.А. Бочвар и Е.Г. Гальперн в России, а несколько ранее Е.Осава в Японии на основании квантовохимических расчетов предсказали существование шаровидных молекул углерода – карбододекаэдра С20, и карбо-s-икосаэдра – С60.
Также было предсказано, что они должны быть устойчивыми, и химически стабильными.
В 1985 году Н. В. Крото, Р. Ф. Керл, Р. Е. Смолли смоделировали, и открыли существование таких шаровидных молекул при испарении графита при температуре
10000 С под действием лазера в струе гелия. Эти молекулы из шестидесяти, и семидесяти атомов углерода - С60, и С70, были названы фуллеренами в честь американского инженера и архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера (1895-1983), который впервые построил геодезический купол, состоящий из шести- и пятиугольников. За дальнейшие исследования фуллеренов Н. В. Крото, Р. Ф. Керлу, и Р. Е. Смолли в 1996 году была присуждена Нобелевская премия.
Существует много видов фуллеренов. В настоящее время фуллерены принято обозначать следующим образом – фуллерен С60, С70, С80, С240, С540, и т.д. (индекс-число атомов углерода). Наиболее широко известен фуллерен С60.
Рис 4. Фуллерен С60.
Этот фуллерен из шестидесяти атомов углерода имеет форму футбольного мяча, и поэтому в ранних работах некоторые авторы называли его футболеном. А фуллерен из 70 атомов углерода - имеет форму регбийного мяча.
В 1990 г. П. Кретчмер и Д. Хаффман предложили и разработали метод получения фуллеренов путём испарения графитовых электродов в электрической дуге в атмосфере гелия. Кроме молекул С60 и С70 при этом образуется большой спектр других углеродных шаровидных молекул с большей массой. Дальнейшие исследования показали, что фуллерены можно выделить из конденсированных продуктов испарения графита путем экстрагирования ароматическими растворителями, например, бензолом, толуолом или ксилолом. Кроме того, их можно выделить сублимацией в вакууме при температурах 450-600 С.
После разработки простых способов получения фуллеренов в достаточных для исследования количествах начался “фуллереновый бум”. Поток публикаций об их удивительных свойствах резко возрос. Во многих странах имеются научно-технические программы по фуллеренам. Наука о фуллеренах – фуллереноведение необычайно быстро прогрессирует.
В настоящее время на Западе налажено производство фуллеренов и углеродных наноматериалов на их основе, созданы специализированные фирмы. Средства, вложенные в исследования фуллеренов и организацию их производства, окупаются достаточно быстро. К сожалению, в Украине – в Киеве, Харькове, Донецке – имеются лишь отдельные группы ученых-энтузиастов, которые вынуждены приобретать образцы за рубежом или синтезировать их для своих нужд самостоятельно, хотя качество таких фуллеренов не аттестовано.
См. также: удивительные свойства фуллеренов
|
