LIBRARY.UA - цифровая библиотека Украины, репозиторий авторского наследия и архив

Зарегистрируйтесь и создавайте свою авторскую коллекцию статей, книг, авторских работ, биографий, фотодокументов, файлов. Это удобно и бесплатно. Нажмите сюда, чтобы зарегистрироваться в качестве автора. Делитесь с миром Вашими работами!

ФУЛЛЕРЕНЫ

А. К. МАЛЬЦЕВ


Загадочным словом "фуллерены" названа особая кристаллическая форма углерода. Казалось бы, этот химический элемент досконально изучен - ведь он является основной составляющей всей органической жизни на Земле. И до недавнего времени были известны только две его формы - алмаз и графит, различающиеся по физическим и химическим свойствам. В первом атомы упакованы в форме пространственных тетраэдров, а у второго - гексагональная и ромбоэдрическая структура, располагающаяся послойно.

Однако в последние десятилетия ученые засомневались в окончательности данных форм углерода. Некоторые высказали предположение о существовании иных пространственных структур его атомов, в которых должна соблюдаться химическая стабильность. Скажем, такой метрической структурой мог бы стать икосаэдр, чью геометрию описал еще Архимед. Эта конструкция представляет собой полую пространственную конфигурацию, напоминающую футбольный мяч со множеством пяти- и шестигранных сторон. Его молекула должна иметь химическую формулу С 6 О. В результате долгих поисков астрофизики обнаружили в масс-спектрах углеродного пара характерный пик, предполагающий существование аналогичной молекулы.

Это были чисто теоретические предположения, а реально обнаружить что-то подобное на Земле не удавалось. И лишь в 1985 г. группа американских ученых, изучающих углерод методом создания кластерных пучков (атомарные образования) с помощью лазерного испарения, впервые зафиксировала молекулу C 6 O в приборе - времяпролетном масс-спектрометре. Мало того. Последующие эксперименты позволили обнаружить не только C 6 O но и С 7 О.

Более тщательное изучение вновь полученного вещества привело к заключению о существовании молекулы углерода в виде замкнутой гексагональной клетки. Последняя очень сильно напоминает купол с 60 вершинами, построенный на Всемирной выставке ЭКСПО-67 в Монреале по замыслу архитектора Бакминстера Фуллера. Это сходство и дало название новой молекуле - бакминстерфуллерен. В дальнейшем его сократили, и C 6 O стала просто фуллереном. Впрочем, с помощью установки, где эти молекулы были впервые зафиксированы, можно было решать лишь аналитические задачи, а для количественного выделения вещества она не годилась.

Задачу удалось решить немецкому ученому В. Кретчмеру в 1990 г. Он не только создал соответствующую установку, но и разработал технологический способ получения препаратных количеств фуллерена. Кретчмер впервые показал: если использовать дуговой разряд с графитовыми электродами и гелий (как буферный газ), то образуется угольный конденсат, содержащий молекулы C 6 O. Так было положено начало технологиям фуллеренов.

В течение небольшого времени удалось открыть низшие фуллерены (до 22 атомов) и высшие (до 270). Все они обладают массой специфических свойств. Это заставило отнестись к ним не только как к новому привлекательному объекту фундаментальной науки, но и как к основе для широкого круга прикладных разработок.

Исследования характеристик этого уникума показали: он может быть востребован в различных областях науки и техники. Прежде всего в электронике и оптоэлектронике, в органической химии и металлургии, шинной и ювелирной промышленности и т.д. Причем количество найденных неповторимых свойств фуллеренов все возрастает, и сфера их применения постоянно расширяется.

Однако в широком использовании этого материала есть серьезный сдерживающий фактор - стоимость. В 1994 г. цена 1 г чистого фуллерена C 6 O на международном рынке составляла 550 долл. США, а С 7 О- 1600 долл.

Изучение фуллеренов в Институте физики им. Л. В. Киренского СО РАН (Красноярск) начали в 1992 г. Кандидат технических наук Г. Чурилов, специалист в области плазмотронов*, предложил физикам использовать свою установку для получения этого материала. Около двух лет ушло на доработку техники, прежде чем удалось выделить искомое из углеродистой струи плазмотрона. В результате была разработана чрезвычайно простая и производительная и в то


--------------------------------------------------------------------------------
* Плазмотрон (плазменный генератор) - газоразрядное устройство для получения низкотемпературной плазмы (Т =(прибл.) 10 4 К).
--------------------------------------------------------------------------------
же время уникальная технология синтеза этого вида углерода.

Новое направление науки о фуллеренах удачно вписалось в государственную программу "Интеграция", принятую в 1995 г. Вскоре в ее рамках был организован Физико-технологический институт, где открыли специализированную кафедру плазмохимических технологий. Этой формой углерода заинтересовались ученые разных областей знания. Так, химики стали изучать вопросы получения фуллереновых растворов и их очистки, физики пытаются идентифицировать эти уникумы с помощью электронной спектроскопии в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях, медики пробуют использовать их в качестве биологических растворов, а биофизики заинтересовались их водорастворимыми комплексами.

Исследование последних дало импульс перспективному направлению, связанному с возможностью практического их использования в биологии и медицине. Дело в том, что фуллерены, обладая определенным числом ненасыщенных связей, - уникальные объекты акцепции электронов, а также идеальные компоненты для реакций со свободными радикалами. Это позволяет использовать их в качестве "ловушек" (антиоксидантов) при гиперпродуцировании активных форм кислорода - доминирующего механизма старения организма или его патологического состояния. Специалисты изучали влияние различных водорастворимых комплексов, содержащих как высшие, так и низшие фуллерены, на кислородный метаболизм в системе крови пациентов с разной патологией. Было показано: высшие фуллерены обладают повышенной активностью, оказывают большее влияние на окислительно-восстановительные процессы, происходящие в органических соединениях. Это очень важно, так как открывает дорогу к созданию препаратов, обладающих биологической активностью противораковой и противовирусной направленности.

Полученные результаты позволяют констатировать: исследования фуллеренов очень перспективны. Так, метод Г. Чурилова с использованием плазменного факела высокочастотного диапазона длиной до 0,75 м дает возможность конструировать на молекулярном уровне различные фуллереновые комплексы. Последние (их получают, внедряя в молекулу С 6 О те или иные фракции других веществ или их комбинаций) могут обладать весьма неожиданными и полезными свойствами. Скажем, если в клетку фуллерена будет имплантирован и закреплен возбужденный атом водорода, то в итоге вещество может стать абсолютным поглотителем электромагнитного излучения: любой предмет, окрашенный краской на такой основе, станет невидимым для радаров. Кроме названного, протяженный источник плазмохимического синтеза позволяет существенно увеличить производство фуллеренов и снизить их стоимость.

Проблема синтеза таких малых частиц привлекает все большее внимание и интерес различных специалистов - теоретиков, экспериментаторов, практиков. Актуальность и перспективность тематики подтверждается тем, что она включена в список критических технологий страны и занимает там приоритетное положение. В Красноярском научном центре это направление стало развиваться с исследования ультрадисперсных алмазных порошков, а теперь стало многообразным, включающим изучение наноструктур различных материалов, решающим теоретические и практические проблемы атомной инженерии.

Артур Левашов · 1708 дней(я) назад 0 5749
Ссылка
Постоянный адрес данной публикации:

http://library.ua/blogs/entry/ФУЛЛЕРЕНЫ


© library.ua
Комментарии профессиональных авторов:
Сортировка: 
Показывать по: 
 
  • Комментариев пока нет
Комментарии гостей




Действия
Рейтинг
0 голос(а,ов)

Публикатор
Артур Левашов
Киев, Украина
16.12.2013 (1708 дней(я) назад)
 


Им понравилось
Лайки · Дизлайки
 
Пусто
ОДИН МИР - ОДНА БИБЛИОТЕКА
Либмонстр - это бесплатный инструмент для сохранения авторского наследия. Создавайте свои коллекции статей, книг, файлов, мультимедии и делитесь ссылкой с коллегами и друзьями. Храните своё наследие в одном месте - на Либмонстре. Это практично и удобно.

Либмонстр ретранслирует сохраненные коллекции на весь мир (открыть карту): в ведущие репозитории многих стран мира, социальные сети и поисковые системы. И помните: это бесплатно. Так было, так есть и так будет всегда.


Нажмите сюда, чтобы создать свою личную коллекцию
ФУЛЛЕРЕНЫ
 

Форум техподдержки · Главред
Следите за новинками:

О проекте · Новости · Отзывы · Контакты · Реклама · Помочь Либмонстру

Украинская цифровая библиотека ® Все права защищены.
2014-2017, LIBRARY.UA - составная часть международной библиотечной сети Либмонстр (открыть карту)


LIBMONSTER - INTERNATIONAL LIBRARY NETWORK