ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!

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 · 2480 days ago 0 6429
Link
Permanent link to this publication:

http://elibrary.com.ua/blogs/entry/ФУЛЛЕРЕНЫ


© elibrary.com.ua
Professional Authors' Comments:
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Guest comments




Actions
Rate
0 votes
Publisher
Артур Левашов
Киев, Ukraine
16.12.2013 (2480 days ago)
 

Who Like this
Likes · Dislikes
 
Empty

Libmonster, International Network:

Actual publications:

Libmonster Partners

Actual publications:

Latest ARTICLES:

Latest BOOKS:

Actual publications:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
ФУЛЛЕРЕНЫ
 

Contacts
Watch out for new publications:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2020, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Portugal Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones