Условия 

Фулеренът е вид кристална решетка. Фулерени: неочаквани биологични свойства на въглеродните наночастици. Фулеренът като материал за полупроводниковата технология

ФУЛЕРЕНИ - НОВА АЛОТРОПНА ФОРМА НА ВЪГЛЕРОДА

1. ТЕОРЕТИЧЕН РАЗДЕЛ

1.1. Известни алотропни форми на въглерод

Доскоро беше известно, че въглеродът образува три алотропни форми: диамант, графит и карабин. Алотропия, от гръцки. Allos - различен, tropos - завой, свойство, съществуване на един и същ елемент под формата на структури, различни по свойства и структура.В момента е известна четвъртата алотропна форма на въглерода, т. нар. фулерен (многоатомни въглеродни молекули C n). .

Произходът на термина "фулерен" се свързва с името на американския архитект Ричард Бъкминстър Фулър, който проектира полусферични архитектурни структури, състоящи се от шестоъгълници и петоъгълници.

В средата на 60-те години на миналия век Дейвид Джоунс конструира затворени сфероидални клетки от графитни слоеве, сгънати по особен начин. Показано е, че петоъгълникът може да бъде дефект, вграден в шестоъгълната решетка на обикновения графит и водещ до образуването на сложна извита повърхност.

В началото на 70-те години на миналия век физикът-органик Е. Осава предполага съществуването на куха, силно симетрична C 60 молекула със структура под формата на пресечен икосаедър, подобна на футболна топка. Малко по-късно (1973 г.) руските учени Д.А. Бочвар и Е.Г. Галперин прави първите теоретични квантово-химични изчисления на такава молекула и доказва нейната стабилност.

През 1985 г. екип от учени: G. Kroto (Англия, University of Sussex), Heath, 0"Brien, RF Curl и R. Smalley (САЩ, Rice University) успяват да открият фулеренова молекула при изследването на мас спектрите на графитни пари след лазерно облъчване на твърда проба.

Първият начин за получаване и изолиране на твърд кристален фулерен е предложен през 1990 г. от W. Kretschmer и D. Huffman и колеги от Института по ядрена физика в Хайделберг (Германия).

През 1991 г. японският учен Иджима за първи път наблюдава различни структури с помощта на полярен йонен микроскоп, съставен, както в случая на графита, от шестчленни въглеродни пръстени: нанотръби, конуси, наночастици.

През 1992 г. са открити естествени фулерени в естествен въглероден минерал - шунгит (този минерал е получил името си от името на село Шунга в Карелия).

През 1997 г. R.E.

Нека разгледаме структурата на алотропните форми на въглерода: диамант, графит и карабин.


диамант -Всеки въглероден атом в диамантената структура е разположен в центъра на тетраедър, върховете на който са четирите най-близки атома. Съседните атоми са свързани помежду си чрез ковалентни връзки (sp 3 хибридизация). Тази структура определя свойствата на диаманта като най-твърдото вещество, известно на Земята.

Графитнамира широко приложение в най-различни области на човешката дейност, от производството на моливи до неутронни модули за задържане в ядрени реактори. Въглеродните атоми в кристалната структура на графита са свързани помежду си чрез силни ковалентни връзки (sp 2 - хибридизация) и образуват шестоъгълни пръстени, които от своя страна образуват здрава и стабилна мрежа, подобна на пчелна пита. Решетките са подредени една над друга на слоеве. Разстоянието между атомите, разположени във върховете на правилните шестоъгълници е 0,142 nm., между слоевете – 0,335 nm. Слоевете са слабо свързани един с друг. Такава структура - силни слоеве въглерод, слабо свързани помежду си, определя специфичните свойства на графита: ниска твърдост и способност лесно да се разслоява на малки люспи.

Карабинакондензира под формата на бяло въглеродно отлагане върху повърхността, когато пирографитът се облъчи с лазерен лъч светлина. Кристалната форма на карабина се състои от паралелно ориентирани вериги от въглеродни атоми със sp-хибридизация на валентни електрони под формата на прави макромолекули от полиин (-С= С-С= С-...) или кумулен (=С=С= С=...) типове .

Известни са и други форми на въглерод, като аморфен въглерод, бял въглерод (хаоит) и др. Но всички тези форми са композитни, тоест смес от малки фрагменти от графит и диамант.

1.2.Геометрия на фулереновата молекула и кристалната решетка на фулерита

Фиг.3 Молекула на фулерен С 6 0

За разлика от диаманта, графита и карабина, фулеренът по същество е нова форма на въглерод. Молекулата C 60 съдържа фрагменти с петкратна симетрия (петоъгълници), които са забранени от природата за неорганични съединения. Следователно трябва да се признае, че фулереновата молекула е органична молекула, а кристалът, образуван от такива молекули ( фулерит) – това е молекулен кристал, който е връзка между органична и неорганична материя.

Плоска повърхност лесно се излага от правилни шестоъгълници, но затворена повърхност не може да се образува от тях. За да направите това, е необходимо да изрежете част от шестоъгълните пръстени и да оформите петоъгълници от изрязаните части. В фулерена плоска решетка от шестоъгълници (графитна решетка) се сгъва и зашива в затворена сфера. В този случай някои от шестоъгълниците се превръщат в петоъгълници. Образува се структура - пресечен икосаедър, който има 10 оси на симетрия от трети ред, шест оси на симетрия от пети ред. Всеки връх на тази фигура има три най-близки съседи.Всеки шестоъгълник граничи с три шестоъгълника и три петоъгълника, а всеки петоъгълник граничи само с шестоъгълници.Всеки въглероден атом в молекулата C 60 се намира във върховете на два шестоъгълника и един петоъгълник и е принципно неразличим от другите въглеродни атоми. Въглеродните атоми, които образуват сферата, са свързани помежду си чрез силна ковалентна връзка. Дебелината на сферичната обвивка е 0,1 nm,радиусът на молекулата C 60 е 0,357 nm. Дължината на връзката C-C в петоъгълника е 0,143 nm, в шестоъгълника - 0,139 nm.

Молекулите на висшите фулерени C 70 C 74 , C 76 , C 84 , C 164 , C 192 , C 216 също имат формата на затворена повърхност.

Фулерени с n< 60 оказались неустойчивыми, оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С 20 .

Кристалният фулерен, който се наричаше фулерит, има лицево-центрирана кубична решетка (fcc), пространствена група (Fm3m) Параметърът на кубичната решетка a 0 = 1,42 nm, разстоянието между най-близките съседи е 1 nm. Броят на най-близките съседи в ГЦК решетката на фулерита е –12.

Има слаба ван дер Ваалсова връзка между C 60 молекули в кристален фулерит. С помощта на метода на ядрено-магнитен резонанс е доказано, че при стайна температура молекулите C 60 се въртят около положението на равновесие с честота 10 12 1/s. Когато температурата падне, въртенето се забавя. При 249K във фулерита се наблюдава фазов преход от първи ред, при който ГЦК решетката (sp. gr. Fm3m) се трансформира в проста кубична (sp. gr. Pa3). В този случай обемът на фулдерита се увеличава с 1%. Фулеритният кристал има плътност от 1,7 g/cm 3 , което е много по-малко от плътността на графита (2,3 g/cm 3 ) и диаманта (3,5 g/cm 3 ).

Молекулата C 60 остава стабилна в инертна аргонова атмосфера до температури от порядъка на 1700 K. Наблюдава се значително окисление при 500 K в присъствието на кислород за образуване на CO и CO 2 . При стайна температура окисляването настъпва при облъчване с фотони с енергия 0,55 eV. което е много по-ниско от фотонната енергия на видимата светлина (1,54 eV). Следователно чистият фулерит трябва да се съхранява на тъмно. Процесът, който продължава няколко часа, води до разрушаване на ГЦК решетката на фулерита и образуване на неуредена структура, в която има 12 кислородни атома на първоначална С6 молекула. В този случай фулерените напълно губят формата си.

1.3. Получаване на фулерени

Най-ефективният начин за получаване на фулерени се основава на термичното разлагане на графита. Използват се както електролитно нагряване на графитния електрод, така и лазерно облъчване на графитната повърхност. 4 е показана схема на инсталация за производство на фулерени, която е използвана от W. Kretchmer. Разпръскването на графит се извършва чрез преминаване на ток с честота 60 Hz през електродите, стойността на тока е от 100 до 200 A, напрежението е 10-20 V. Чрез регулиране на напрежението на пружината е възможно да се гарантира, че основната част от входната мощност се освобождава в дъгата, а не в графитния прът. Камерата е пълна с хелий, налягане 100 Torr. Скоростта на изпаряване на графита в тази инсталация може да достигне 10g/W. В този случай повърхността на медния корпус, охладена с вода, се покрива с продукта от изпаряване на графита, т.е. графитни сажди. Ако полученият прах се изстърже и престои няколко часа във врящ толуен, се получава тъмнокафява течност. При изпаряване във въртящ се изпарител се получава фин прах, теглото му не е повече от 10% от теглото на оригиналните графитни сажди. Съдържа до 10% фулерени C 60 (90%) и C 70 ( 10%) Описаният дъгов метод за получаване на фулерени е наречен "фулеренова дъга".

В описания метод за получаване на фулерени хелият играе ролята на буферен газ. В сравнение с други атоми, хелиевите атоми най-ефективно "гасят" осцилаторните движения на възбудените въглеродни фрагменти, които им пречат да се комбинират в стабилни структури. В допълнение, хелиевите атоми отвеждат енергията, освободена, когато въглеродните фрагменти се комбинират. Опитът показва, че оптималното налягане на хелия е в диапазона от 100 Torr. При по-високи налягания агрегирането на въглеродните фрагменти е трудно.

Фиг.4. Схема на инсталация за получаване на фулерени.

1 - графитни електроди;

2 - охладена медна шина; 3 - меден корпус,

4 - пружини.

Промените в параметрите на процеса и дизайна на инсталацията водят до промени в ефективността на процеса и състава на продукта. Качеството на продукта се потвърждава както от масспектрометрични измервания, така и от други методи (ядрен магнитен резонанс, електронен парамагнитен резонанс, IR спектроскопия и др.)

Преглед на съществуващите в момента методи за получаване на фулерени и устройства на инсталации, в които се получават различни фулерени, е даден в работата на G.N. Churilov.

Методи за пречистване и откриване

Най-удобният и широко разпространен метод за извличане на фулерени от продуктите на термичното разлагане на графита (термини: фулерен-съдържащ кондензат, фулерен-съдържащи сажди), както и последващо отделяне и пречистване на фулерени, се основава на използването на разтворители и сорбенти.

Този метод включва няколко етапа. На първия етап саждите, съдържащи фулерен, се обработват с неполярен разтворител, който е бензол, толуен и други вещества. В този случай от неразтворимата фракция се отделят фулерени, които имат значителна разтворимост в тези разтворители, чието съдържание в фулерен-съдържащата фаза обикновено е 70-80%. Типичната стойност на разтворимостта на фулерените в разтворите, използвани за техния синтез, е няколко десети от молния процент. Изпаряването на получения по този начин разтвор на фулерен води до образуването на черен поликристален прах, който е смес от фулерени от различни степени. Типичен масов спектър на такъв продукт показва, че екстрактът от фулерен е 80 - 90% C 60 и 10 -15% C 70 . Освен това има малко количество (на ниво фракции от процент) висши фулерени, изолирането на които от екстракта е доста сложен технически проблем. Екстрактът от фулерен, разтворен в един от разтворителите, се прекарва през сорбент, който може да бъде алуминий, активен въглен или оксиди (Al 2 O 3 , SiO 2) с високи сорбционни характеристики. Фулерените се събират от този метал и след това се екстрахират от него с чист разтворител. Ефективността на екстракцията се определя от комбинацията сорбент-фулерен-разтворител и обикновено, когато се използва определен сорбент и разтворител, зависи значително от вида на фулерена. Следователно разтворителят, преминал през сорбента с адсорбирания в него фулерен, извлича от сорбента на свой ред фулерени от различни видове, които по този начин могат лесно да се отделят един от друг. По-нататъшното развитие на описаната технология за получаване на разделяне и пречистване на фулерени, базирано на електродъговия синтез на фулерен-съдържащи сажди и последващото му отделяне с помощта на сорбенти и разтворители, доведе до създаването на инсталации, които позволяват синтезиране на C 60 в количество един грам на час.

1.4 Свойства на фулерените

Кристалните фулерени и филми са полупроводници с ширина на забранената зона от 1,2-1,9 eV и имат фотопроводимост. При облъчване с видима светлина електрическото съпротивление на кристала на фулерит намалява. Фотопроводимостта се притежава не само от чистия фулерит, но и от различните му смеси с други вещества. Установено е, че добавянето на калиеви атоми към C 60 филми води до появата на свръхпроводимост при 19 K.

Молекулите на фулерен, в които въглеродните атоми са свързани един с друг чрез единични и двойни връзки, са триизмерни аналози на ароматни структури. Притежавайки висока електроотрицателност, те действат в химични реакции като силни окислители. Прикрепвайки към себе си радикали от различна химическа природа, фулерените са в състояние да образуват широк клас химични съединения с различни физикохимични свойства. Например, наскоро бяха получени полифулеренови филми, в които молекулите С 60 са свързани помежду си не чрез ван дер Ваалс, както в кристала на фулерит, а чрез химическо взаимодействие. Тези пластмасови фолиа са нов тип полимерен материал. Постигнати са интересни резултати в посока синтеза на полимери на базата на фулерени. В този случай фулеренът C 60 служи като основа на полимерната верига, а връзката между молекулите се осъществява с помощта на бензолови пръстени. Тази структура е получила фигуративното име "наниз от перли".

Добавянето на радикали, съдържащи метали от платиновата група, към C 60 прави възможно получаването на феромагнитни материали на базата на фулерен. Сега е известно, че повече от една трета от елементите на периодичната таблица могат да бъдат поставени вътре в молекула. От 60 . Има съобщения за въвеждането на атоми на лантан, никел, натрий, калий, рубидий, цезий, атоми на редкоземни елементи като тербий, гадолиний и диспрозий.

Разнообразието от физикохимични и структурни свойства на съединения на основата на фулерени позволява да се говори за химията на фулерените като за ново обещаващо направление в органичната химия.

1.5. Приложение на фулерени

Понастоящем в научната литература се обсъжда използването на фулерени за създаване на фотодетектори и оптоелектронни устройства, катализатори на растеж, диамантени и диамантени филми, свръхпроводящи материали, а също и като багрила за копирни машини. Фулерените се използват за синтеза на метали и сплави с нови свойства.

Предвижда се фулерените да бъдат използвани като основа за производството на батерии. Тези батерии, чийто принцип се основава на реакцията на добавяне на водород, в много отношения са подобни на широко използваните никелови батерии, но за разлика от последните, те имат способността да съхраняват около пет пъти специфичното количество водород. В допълнение, такива батерии се характеризират с по-висока ефективност, леко тегло и безопасност за околната среда и здравето в сравнение с най-модерните батерии на литиева основа по отношение на тези качества. Такива батерии могат да се използват широко за захранване на персонални компютри и слухови апарати.

Разтворите на фулерени в неполярни разтворители (въглероден дисулфид, толуен, бензен, въглероден тетрахлорид, декан, хексан, пентан) се характеризират с нелинейни оптични свойства, което се проявява по-специално в рязко намаляване на прозрачността на разтвора при определени условия . Това отваря възможността за използване на фулерени като основа за оптични капаци, които ограничават интензитета на лазерното лъчение.

Има перспектива да се използват фулерени като основа за създаване на носител на памет със свръхвисока плътност на информацията. Фулерените могат да се използват като добавки за ракетни горива и смазочни материали.

Много внимание се отделя на проблема с използването на фулерени в медицината и фармакологията. Обсъжда се идеята за създаване на противоракови лекарства на базата на водоразтворими ендоедрални съединения на фулерени с радиоактивни изотопи. ( Ендоедричните съединения са фулеренови молекули, съдържащи един или повече атома на елемент). Установени са условията за синтез на антивирусни и противоракови лекарства на базата на фулерени.Една от трудностите при решаването на тези проблеми е създаването на водоразтворими нетоксични фулеренови съединения, които биха могли да бъдат въведени в човешкото тяло и доставени чрез кръв до органа, подложен на терапевтично действие.

Използването на фулерени е ограничено от тяхната висока цена, която се състои в трудоемкостта на получаването на фулеренова смес и изолирането на отделни компоненти от нея.

1.6 Въглеродни нанотръби

Структура на нанотръбите

Наред със сфероидните въглеродни структури могат да се образуват и разширени цилиндрични структури, така наречените нанотръби, които се отличават с голямо разнообразие от физикохимични свойства.

Идеалната нанотръба е графитна равнина, навита в цилиндър, т.е. повърхност, облицована с правилни шестоъгълници, във върховете на които са разположени въглеродни атоми ..).

Параметърът, указващ координатите на шестоъгълника, който в резултат на сгъването на равнината трябва да съвпада с шестоъгълника, разположен в началото на координатите, се нарича хиралност на нанотръбата и се обозначава с набор от символи (m, н). Хиралността на нанотръбата определя нейните електрически характеристики.

Наблюденията с електронен микроскоп показват, че повечето нанотръби се състоят от няколко графитни слоя, или вложени един в друг, или намотани около обща ос.

Едностенни нанотръби



На ориз. 4е представен идеализиран модел на едностенна нанотръба. Такава тръба завършва с полусферични върхове, съдържащи заедно с

с правилни шестоъгълници, също и шест правилни петоъгълника. Наличието на петоъгълници в краищата на тръбите позволява да се разглеждат като пределен случай на молекули на фулерен, чиято дължина на надлъжната ос значително надвишава диаметъра им.

Структурата на едностенните нанотръби, наблюдавана експериментално, се различава в много отношения от идеализираната картина, представена по-горе. На първо място, това се отнася до върховете на нанотръбата, чиято форма, както следва от наблюденията, е далеч от идеалното полукълбо.

Многослойни нанотръби

Многослойните нанотръби се различават от еднослойните в много по-голямо разнообразие от форми и конфигурации както в надлъжна, така и в напречната посока. Показани са възможните разновидности на напречната структура на многослойните нанотръби ориз. 5. Структура като "руски кукли" (руски кукли) е набор от коаксиално вложени еднослойни нанотръби (ориз 5 а). Друг вариант на тази структура, показан в ориз. 5 b, е набор от вложени коаксиални призми. И накрая, последната от горните структури ( ориз. 5 в),прилича на свитък. За всички горепосочени структури разстоянието между съседните графитни слоеве е близко до 0,34 nm, т.е. разстоянието между съседни равнини на кристален графит. Реализирането на една или друга структура в конкретна експериментална ситуация зависи от условията на синтез на нанотръби.



Трябва да се има предвид, че идеализираната напречна структура на нанотръбите, при която разстоянието между съседните слоеве е близко до 0,34 nm и не зависи от аксиалната координата, на практика се изкривява поради смущаващия ефект на съседните нанотръби.

Наличието на дефекти също води до изкривяване на праволинейната форма на нанотръбата и й придава формата на акордеон.

Друг вид дефекти, често наблюдавани на графитната повърхност на многослойни нанотръби, е свързан с въвеждането в повърхността, която се състои главно от правилни шестоъгълници, на определен брой петоъгълници или седмоъгълници. Това води до нарушаване на цилиндричната форма, като въвеждането на петоъгълник причинява изпъкнал огъване, докато въвеждането на седмоъгълник допринася за появата на вдлъбнат завой. По този начин такива дефекти причиняват появата на огънати и спираловидни нанотръби.

Структура на наночастиците

При образуването на фулерени от графит се образуват и наночастици. Това са затворени структури, подобни на фулерените, но много по-големи от тях. За разлика от фулерените, те, подобно на нанотръбите, могат да съдържат няколко слоя.Те имат структурата на затворени, вложени графитни черупки.

В наночастиците, подобно на графита, атомите вътре в черупката са свързани с химични връзки и има слабо взаимодействие на Ван дер Ваалс между атомите на съседните черупки. Обикновено обвивките от наночастици имат форма, близка до полиедър. В структурата на всяка такава черупка, в допълнение към шестоъгълниците, както в структурата на графита, има 12 петоъгълника, наблюдават се допълнителни двойки от пет и седмоъгълници. Наскоро беше извършено електронно микроскопско изследване на формата и структурата на въглеродните частици в фулерен-съдържащ кондензат в работите на Jarkov S.M., Kashkin V.B.

Получаване на въглеродни нанотръби

Въглеродните нанотръби се образуват чрез термично разпръскване на графитен електрод в плазма с дъгов разряд, изгаряща в атмосфера на хелий. Този метод, както и методът на лазерно разпрашване, който е в основата на ефективната технология за получаване на фулерени, дава възможност да се получат нанотръби в количество, достатъчно за детайлно изследване на техните физикохимични свойства.

Нанотръба може да се получи от удължени графитни фрагменти, които след това се усукват в тръба. За образуването на разширени фрагменти са необходими специални условия за нагряване на графит. Оптималните условия за получаване на нанотръби се реализират в дъгов разряд, като се използва електролитен графит като електроди.

Сред различните продукти на термично разпрашване на графит (фулерени, наночастици, частици сажди) малка част (няколко процента) се падат на многослойни нанотръби, които са частично прикрепени към студените повърхности на инсталацията, частично отложени върху повърхността по протежение на със сажди.

Едностенните нанотръби се образуват, когато към анода се прибави малка смес от Fe, Co, Ni, Cd (т.е. чрез добавяне на катализатори). В допълнение, едностенни нанотръби се получават чрез окисляване на многостенни нанотръби. С цел окисляване многослойните нанотръби се обработват с кислород при умерено нагряване или с кипяща азотна киселина, като в последния случай се отстраняват петчленни графитни пръстени, което води до отваряне на краищата на тръбите.Окислението ви позволява за отстраняване на горните слоеве от многослойната тръба и отваряне на нейните краища. Тъй като реактивността на наночастиците е по-висока от тази на нанотръбите, фракцията на нанотръбите в останалата част от нея се увеличава със значително разрушаване на въглеродния продукт в резултат на окисляване.

При електродъговия метод за получаване на фулерени част от материала, който се разрушава под действието на графитната анодна дъга, се отлага върху катода. До края на процеса на унищожаване на графитния прът тази формация нараства толкова много, че покрива цялата площ на дъгата. Този израстък има формата на купа, в която се въвежда анодът. Физическите характеристики на натрупването на катода са много различни от характеристиките на графита, от който е съставен анодът. Микротвърдостта на натрупване е 5,95 GPa (графит -0,22 GPa), плътността на натрупване е 1,32 g/cm 3 (графит -2,3 g/cm 3), електрическото съпротивление на натрупване е 1,4 * 10 -4 Ohm m , което е почти с порядък по-голямо от това на графита (1,5 * 10 -5 ohm m). При 35 К беше установена аномално висока магнитна чувствителност на натрупването върху катода, което даде възможност да се предположи, че натрупването се състои главно от нанотръби (Белов Н.Н.).

Свойства на нанотръбите

Широките перспективи за използване на нанотръби в науката за материалите се отварят, когато свръхпроводящите кристали (например TaC) се капсулират във въглеродните нанотръби. Следната технология е описана в литературата. Използвахме DC дъгов разряд от ~30 A при напрежение 30 V в хелиева атмосфера с електроди, които бяха компресирана смес от талий на прах с графитен пигмент. Междуелектродното разстояние е 2-3 mm. С помощта на тунелен електронен микроскоп в продуктите на термичното разлагане на електродния материал беше открито значително количество кристали TaC, капсулирани в нанотръби.. х Типичният напречен размер на кристалите е около 7 nm, а типичната дължина на нанотръбите е повече от 200 nm. Нанотръбите са многослойни цилиндри с разстояние между слоевете 0,3481 ± 0,0009 nm, близко до съответния параметър за графит. Измерването на температурната зависимост на магнитната чувствителност на пробите показа, че капсулираните нанокристали се трансформират всвръхпроводящо състояниепри Т=10 К.

Възможността за получаване на свръхпроводящи кристали, капсулирани в нанотръби, дава възможност да се изолират от вредното въздействие на външната среда, например от окисление, като по този начин се отваря пътят за по-ефективно развитие на съответните нанотехнологии.

Голямата отрицателна магнитна чувствителност на нанотръбите показва техните диамагнитни свойства. Предполага се, че диамагнетизмът на нанотръбите се дължи на протичането на електронни токове по тяхната обиколка. Стойността на магнитната чувствителност не зависи от ориентацията на пробата, която е свързана с нейната неупорядочена структура. Относително голямата стойност на магнитната чувствителност показва, че поне в една от посоките тази стойност е сравнима със съответната стойност за графит. Разликата между температурната зависимост на магнитната чувствителност на нанотръбите и съответните данни за други форми на въглерод показва, че въглеродните нанотръби са отделна независима форма на въглерод, чиито свойства са коренно различни от свойствата на въглерода в други състояния..

Приложения на нанотръби

Много технологични приложения на нанотръбите се основават на тяхната висока специфична повърхност (в случай на еднослойна нанотръба, около 600 квадратни метра на 1/g), което отваря възможността за използването им като порест материал във филтри и т.н. .

Материалът на нанотръбите може успешно да се използва като носещ субстрат за хетерогенна катализа, а каталитичната активност на отворените нанотръби значително надвишава съответния параметър за затворени нанотръби.

Възможно е да се използват нанотръби с висока специфична повърхност като електроди за електролитни кондензатори с висока специфична мощност.

Въглеродните нанотръби са се доказали добре в експерименти за използването им като покритие, което насърчава образуването на диамантен филм. Както показват снимките, направени с електронен микроскоп, диамантеният филм, отложен върху филма с нанотръби, се различава по-добре по отношение на плътността и еднородността на ядрата от филма, отложен върху C 60 и C 70 .

Такива свойства на нанотръбата като малкия й размер, който варира значително в зависимост от условията на синтез, електрическата проводимост,механичната якост и химическата стабилност позволяват да се разглежда нанотръбата като основа за бъдещи елементи на микроелектрониката. Чрез изчисление е доказано, че въвеждането на двойка петоъгълник-седемъгълник в идеалната структура на нанотръбата като дефект променя нейните електронни свойства. Нанотръба с вграден в нея дефект може да се разглежда като хетеропреход метал-полупроводник, който по принцип може да формира основата на полупроводников елемент с рекордно малки размери.

Нанотръбите могат да служат като основа на най-тънкия измервателен инструмент, използван за контрол на повърхностните нехомогенности на електронните схеми.

Интересни приложения могат да бъдат получени чрез запълване на нанотръби с различни материали. В този случай нанотръбата може да се използва както като носител на материала, който я запълва, така и като изолационна обвивка, която предпазва този материал от електрически контакт или от химическо взаимодействие с околните обекти.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Въпреки че фулерените имат кратка история, тази област на науката се развива бързо, привличайки все повече и повече нови изследователи. Тази област на науката включва три области: физика на фулерен, химия на фулерен и технология на фулерен.

Физика на фулеренитезанимава се с изследване на структурни, механични, електрически, магнитни, оптични свойства на фулерените и техните съединения в различни фазови състояния. Това включва също изучаването на естеството на взаимодействието между въглеродните атоми в тези съединения, спектроскопията на фулереновите молекули, свойствата и структурата на системите, състоящи се от фулеренови молекули. Физиката на фулерените е най-напредналият клон в областта на фулерените.

Химия на фулеренитесвързан със създаването и изучаването на нови химични съединения, които се основават на затворени въглеродни молекули, а също така изучава химичните процеси, в които участват. Трябва да се отбележи, че по отношение на концепции и методи на изследване тази област на химията е коренно различна от традиционната химия в много отношения.

Фулеренова технологиявключва както методи за производство на фулерен, така и техните различни приложения.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Соколов В. И., Станкевич И. В. Фулерени - нови алотропни форми на въглерод: структура, електронна структура и химични свойства // Напредък в химията, т. 62 (5), стр. 455, 1993 г.

2. Нови насоки в изследването на фулерените // UFN, v. 164 (9), p. 1007, 1994.

3. Елецки А.В., Смирнов Б.М. Фулерени и структури на въглерода//UFN, т. 165 (9), стр. 977, 1995.

4. Золотухин И.В. Фулеритът е нова форма на въглерод // СОЖ No 2, стр. 51, 1996 г.

5. Мастеров В.Ф. Физични свойства на фулерените / / СОЖ № 1, стр. 92, 1997 г.

6. Лозовик Ю.В., Попов А.М. Образуване и растеж на въглеродни наноструктури – фулерени, наночастици, нанотръби и конуси//UFN, v. 167 (7), p. 151, 1997/

7. Eletsky A.V. .Въглеродни нанотръби//UFN, v.167(9), стр.945, 1997.

8. Smalley R.E. Откриване на фулерени//UFN, v.168 (3), стр.323, 1998.

9. Чурилов Г.Н. Преглед на методите за получаване на фулерени // Материали от 2-та междурегионална конференция с международно участие "Ултрафини прахове, наноструктури, материали", Красноярск, KSTU, 5-7 октомври 1999 г. от 77-87.

10. Белов Н.Н. и др. Структура на повърхността на катодното натрупване, образувано при синтеза на фулерени // Aerosols vol. 4f, N1, 1998, pp. 25-29

11. С. М. Ярков,. Титаренко Я.Н., Чурилов Г.Н. Електронна микроскопия изучава въглеродни частици от FCC// Carbon, v. 36, бр. 5-6, 1998 г., с. 595-597

12. Кашкин В.Б., Рублева Т.В., Кашкина Л.В., Мосин Р.А. Цифрова обработка на електронно-микроскопски изображения на въглеродни частици в сажди, съдържащи фулерен // Сборник на 2-ра междурегионална конференция с международно участие "Ултрафини прахове, наноструктури, материали", Красноярск, KSTU, 5-7 октомври 1999 г. от 91-92

През 1985 г. е открита молекула, състояща се от 60 въглеродни атома, подредени като футболна топка – фулерен, кръстен на инженера Ричард Фулър, който стана известен с дизайни точно с такава форма. Освен удивително симетричната си форма, тази молекула, която е третата (след диаманта и графита) алотропна форма на въглерода, се оказа нещо като философски камък на алхимиците.

Доскоро той не спира да учудва учените с изключително ниската си токсичност (особено в сравнение с нещо подобно на нанотръбите) и други удивителни свойства. Механизмите на взаимодействие на фулерените с клетките все още не са ясни, но резултатът наистина може да се нарече магия.

Ето далеч не пълен списък на онези свойства, които интересуват лекарите и биолозите. Фулеренът и неговите производни могат да се използват:

  • за защита на тялото от радиация и ултравиолетова радиация;
  • за защита от вируси и бактерии;
  • за предпазване от алергии. Така, в експерименти in vivo, въвеждането на производни на фулерен инхибира анафилаксията при мишки и не се наблюдава токсичен ефект;
  • като вещество, което стимулира имунната система;
  • като мощен антиоксидант, тъй като е активен уловител на радикали. Антиоксидантната активност на фулерена е сравнима с действието на антиоксидантите от клас SkQ („йони на Скулачев“) и е 100–1000 пъти по-висока от действието на конвенционалните антиоксиданти като витамин Е, бутилхидрокситолуен, β-каротин;
  • като лекарства за борба с рака;
  • за инхибиране на ангиогенезата;
  • за защита на мозъка от алкохол;
  • за стимулиране на растежа на нервите;
  • за стимулиране на процесите на регенерация на кожата. По този начин фулеренът е важен компонент на козметичните подмладяващи агенти GRS и CEFINE;
  • за стимулиране на растежа на косата;
  • като антиамилоидно лекарство.

В допълнение, фулеренът може да се използва за доставяне на различни лекарства в клетката и невирусно доставяне на генетични вектори в клетъчното ядро.

Изглежда, че този списък може да бъде разширен допълнително, но наскоро той беше попълнен с още едно, може би най-удивителното и неразбираемо качество на фулерен C60. В проучване на токсичността на C60 фулерен, разтворен в зехтин, френски изследователи установиха, че плъховете, хранени редовно с разтвор на C60 фулерен, живеят по-дълго от тези, които са получавали само зехтин или редовна диета. (Кратко преразказ може да се намери в статията „Зехтин с фулерени - еликсир на младостта?“ - VM.)

Разтварянето в масло рязко повишава ефективността на C60 фулерена, тъй като неговите големи агрегати (16 или повече молекули) не могат да проникнат в клетките.

В същото време продължителността на живота се е увеличила не с някакви си 20-30%, както при експерименти с най-добрите „лекарства за старост“ (като ресвератрол или рапамицин), но не по-малко от два пъти! Половината от животните, лекувани с фулерен, са живели до 60 месеца (най-старият плъх е живял до 5,5 години). В същото време в контролната група (с нормална диета) продължителността на живота на 50% от животните е 30 месеца, а най-възрастните са живели само до 37 месеца. Животните, третирани със зехтин без фулерен, са живели малко по-дълго – 50% от тях са доживяли до 40 месеца, а най-старият плъх – до 58 месеца.

Диаграма за оцеляване на плъхове, третирани с: нормална диета (синя линия), в допълнение към диетата, зехтин (червено) и зехтин с разтворен в него фулерен С60 (черна линия). Рисуване от .

Животворящият ефект на фулерена C60 се приписва от авторите на статията на неговите антиоксидантни свойства. Възможно е обаче да е свързано със способността на фулерена С60 да взаимодейства с витамин А. Известно е, че ретиноидите (включително витамин А) играят важна роля в експресията на ключови гени на имунната система и че локалният синтез на ретиноиди изглежда играе ключова роля в регулирането на ембриогенезата и регенерацията.

За съжаление, тези експерименти са проведени върху малки групи животни и поради това изискват внимателна проверка. Като се има предвид факта, че пречистеният фулерен C60, произведен в Русия, струва само около 1800 рубли на грам, не е толкова трудно да се повторят тези експерименти, да се изяснят дозите и продължителността на „лечението“. Другото е по-трудно. Ще бъде ли тази „терапия за старостта“ също толкова ефективна за хората? В крайна сметка хората не са плъхове и има десетки примери за лекарство, което е много ефективно при експерименти с мишки, се оказа напълно безполезно (ако не и вредно!), Когато опитите отидоха в клиниката. Е, времето ще покаже. Също така би било интересно да се сравни удължаващата живота активност на фулерен C60 с неговите многобройни водоразтворими аналози, синтезирани в Русия съвсем наскоро.

Въз основа на оригиналната статия.

литература

  1. A.V. Елецки, Б.М. Смирнов. (1993). Фулерени. UFN 163 (No 2), 33–60;
  2. Mori T. et al. (2006). Предклинични проучвания за безопасност на фулерен при остро перорално приложение и оценка за липса на мутагенеза. Токсикология 225, 48–54;
  3. Szwarc H, Moussa F. (2011). Токсичност на 60-фулерен: объркване в научната литература. J. Nanosci. Lett. 1, 61–62;
  4. биомолекула: „Невидима граница: където „нано“ и „био“ се сблъскват“;
  5. Марега Р., Джуст Д., Кремер А., Бонифази Д. (2012). Супрамолекулна химия на фулерени и въглеродни нанотръби в интерфейси: към приложения. Супрамолекулярна химия на фулерени и въглеродни нанотръби (ред. N. Martin и J.-F. Nierengarten), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Вайнхайм, Германия;
  6. Пиотровски Л.Б. (2010). Наномедицината като част от нанотехнологиите. Вестник РАМН 3, 41–46;
  7. Theriot C.A., Casey R.C., Moore V.C., Mitchell L., Reynolds J.O., Burgoyne M. и др. (2010). Дендрофулерен DF-1 осигурява радиозащита на радиочувствителните клетки на бозайници. Радиат. Околна среда. Биофиз. 49, 437-445;
  8. Андриевски Г.В., Брусков В.И., Тихомиров А.А., Гудков С.В. (2009). Особености на антиоксидантните и радиопротективни ефекти на хидратирани C60 фулеренови наноструктури in vitro и in vivo. Свободен радикал. биол. Мед. 47, 786-793;
  9. Mashino T., Shimotohno K., Ikegami N., et al. (2005). Инхибиране на обратната транскриптаза на вируса на човешкия имунодефицит и активности на инхибиране на РНК полимераза на вируса на хепатит С на фулеренови производни. Bioorg. Мед. Chem. Lett. 15, 1107–1109;
  10. Lu Z.S., Dai T.H., Huang L.Y., et al. (2010). Фотодинамичната терапия с катионен функционализиран фулерен спасява мишки от фатални инфекции на рани. Наномедицина 5, 1525–1533;
  11. John J.R., Bateman H.R., Stover A., ​​Gomez G., Norton S.K., Zhao W. и др. (2007). Фулереновите наноматериали инхибират алергичната реакция. J. Immunol. 179, 665-672;
  12. Xu Y.Y., Zhu J.D., Xiang K., Li Y.K., Sun R.H., Ma J., et al. (2011). Синтез и имуномодулираща активност на 60 фулерен-туфтцин конюгати. Биоматериали 32, 9940–9949;
  13. Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M. et al. (2005). Фулеренът е мощен антиоксидант in vivo без остра или подостра токсичност. Нано Лет. 5, 2578–2585;
  14. Chen Z., Ma L., Liu Y., Chen C. (2012). Приложения на функционализирани фулерени в туморната терапия. Theranostics 2, 238-250;
  15. Jiao F., Liu Y., Qu Y. et al. (2010). Проучвания върху антитуморни и антиметастатични активности на фулеренол в модел на рак на гърдата при мишки. Carbon 48, 2231–2243;
  16. Meng H., Xing G.M., Sun B.Y., Zhao F., Lei H., Li W., et al. (2010). Мощно инхибиране на ангиогенезата от формата на частици на фулеренови производни. ACS Nano, 4, 2773–2783;
  17. Тихомиров A.A., Nedzvetsky V.S., Klochkov V.K., Andrievsky G.V. (2008 г.). Наноструктурите от хидратиран C60 фулерен (C60HyFn) защитават мозъка на плъхове от въздействието на алкохола и намаляват поведенческите увреждания на алкохолизираните животни. Токсикология 246, 158–165;
  18. Григориев В.В., Петрова Л.Н., Иванова Т.А. и др. и Бачурин С.О. (2011). Изследване на невропротективния ефект на хибридни структури на базата на С60 фулерен. Изв. RAS Биологична серия 2, 163–170;
  19. Zhou Z.G., Lenk R., Dellinger A., ​​MacFarland D., Kumar K., Wilson S.R., et al. (2009). Наноматериалите на фулерен усилват растежа на косата. наномен. Нанотехнология. биол. Мед. 5, 202–207;
  20. Бобилев А.Г., Корнев А.Б., Бобылева Л.Г., Шпагина М.Д., Фадеева И.С., Фадеев Р.С. и др. (2011). Фулеренолати: металирани полихидроксилирани фулерени с мощна антиамилоидна активност. Org. Biomol. Chem. 9, 5714–5719;
  21. биомолекула: „Наномедицината на бъдещето: трансдермална доставка с помощта на наночастици“;
  22. Монтелано А., Да Рос Т., Бианко А., Прато М. (2011). Фулерен C(60) като многофункционална система за доставяне на лекарства и гени. Наномащаб 3, 4035–4041;
  23. Кузнецова С.А., Орецкая Т.С. (2010). Нанотранспортни системи за насочено доставяне на нуклеинови киселини в клетките. Руски нанотехнологии 5 (№ 9–10), 40–52;
  24. Baati T., Bourasset F., Gharb N., et al. (2012) Удължаването на живота на плъховете чрез многократно перорално приложение на 60 фулерен. Биоматериали 33, 4936–4946;
  25. Пиотровски Л.Б., Еропкин М.Ю., Еропкина Е.М., Думпис М.А., Киселев О.И. (2007). Механизми на биологичното действие на фулерените - зависимост от агрегатното състояние. Психофармакология и биологична наркология 7 (No 2), 1548–1554;
  26. Moussa F., Roux S., Pressac M., Genin E., Hadchouel M., Trivin F., et al. (1998). In vivo реакция между 60 фулерен и витамин А в черния дроб на мишка. New J. Chem. 22, 989–992;
  27. Linney E., Donerly S., Mackey L., Dobbs-McAuliffe B. (2001). Отрицателната страна на рецепторите на ретиноевата киселина. Невротоксикол тератол. 33, 631-640;
  28. Gudas L.J. (2012). Възникващи роли на ретиноидите в регенерацията и диференциацията при нормални и болестни състояния. Biochim Biophys Acta 1821, 213–221.

Портал "Вечна младост"

фулеренив най-общия смисъл на това понятие могат да се назоват експериментално получени и хипотетични молекули, състоящи се изключително от въглеродни атоми и имащи формата на изпъкнали полиедри. Въглеродните атоми са разположени в техните върхове, а C-C връзките протичат по ръбовете.

Фулеренът е молекулярната форма на въглерода. Общоприето определение е това фулерени, които са в твърдо състояние, се наричат фулерити. Кристалната структура на фулерита е периодична решетка от фулеренови молекули, а в кристалния фулерит фулериновите молекули образуват fcc решетка.

Фулеренът представлява интерес за астрономията, физиката, биологията, химията, геологията и други науки от началото на деветдесетте години. На фулерена се приписват фантастични медицински свойства: например фулеренът уж вече е започнал да се използва в козметиката като подмладяващ агент в козметологията. С помощта на фулерен те ще се борят с рак, ХИВ и други страшни заболявания. В същото време новостта на тези данни, тяхната малко проучена и спецификата на съвременното информационно пространство все още не позволяват сто процента да се доверим на такава информация за фулерен.

ICM (www.website)

Широко разпространена е силно опростена гледна точка, че преди откриването на фулерена е имало две полиморфни модификации на въглерода – графит и диамант, а след 1990 г. към тях е добавена друга алотропна форма на въглерод. Всъщност това не е така, защото формите на съществуване на въглерода са изненадващо разнообразни (виж статията).

Историята на откриването на фулерените

Екип от автори, ръководен от Л.Н. Сидорова обобщи в монографията "Фулерени" голям брой произведения по тази тема, макар и не всички: до момента на издаване на книгата общият брой публикации, посветени на фулерените, достигна около 15 хиляди. Според авторите, откриване на фулерени- нова форма на съществуване на въглерода - един от най-разпространените елементи на нашата планета - е призната за едно от най-важните открития в науката на 20-ти век. Въпреки отдавна известната уникална способност на въглеродните атоми да се свързват в сложни разклонени и обемисти молекулярни структури, която е в основата на цялата органична химия, възможността за образуване на стабилни рамкови молекули само от един въглерод все още се оказва неочаквана. Според данните експериментално потвърждение, че молекули от този тип от 60 или повече атома могат да възникнат в хода на естествено протичащи процеси в природата, е получено през 1985 г., но много преди това вече се предполагаше стабилността на молекулите със затворена въглеродна сфера .

Откриване на фулеренпряко свързани с изучаването на процесите на сублимация и кондензация на въглерода.

Нов етап в фулерениидва през 1990 г., когато е разработен метод за получаване на нови съединения в грамови количества и е описан метод за изолиране на фулерени в чист вид. След това бяха установени най-важните структурни и физико-химични характеристики на C 60 фулерен. Изомерът С60 (бакминстерфулерен) е най-лесно образуваното съединение сред известните фулерени. Fullerene C60 получи името си в чест на футуристичния архитект Ричард Бъкминстър Фулър, който създава структури, чиято куполна рамка се състои от петоъгълници и шестоъгълници. В същото време в процеса на изследване се появи нужда от обобщаващо име фулерениза обемни конструкции със затворена повърхност (карбонова рамка), поради тяхното разнообразие.

Също така си струва да се отбележи, че цяла линия от въглеродни материали е кръстена на Бъкминстър Фулър: c60 фулерен (buckminster фулерен) също се нарича бъкибол (Бъкминстър Фулър не харесва името "Бъкминстър" и предпочита съкратеното име "Бъки"). В допълнение, въглеродните нанотръби - buckityubes, яйцевидните фулерени - buckyegg (buckyball egg) и др. понякога се наричат ​​със същия префикс.

ICM (www.website)

Свойства на фулерените. фулерит

Свойства на фулереннедостатъчно проучени поради обективни причини: относително малък брой лаборатории имат възможност да изследват тези свойства. Но в периодичната и научнопопулярната преса толкова много внимание се отделя на фулерените и техните свойства... Често непроверената информация за чудодейните свойства на фулерените се разпространява с невероятна скорост и в огромни мащаби, в резултат на това слабият глас на откази остава нечут. Например твърдението на една група учени, че фулерените присъстват в шунгита, е многократно потвърждавано, но не е потвърдено (вижте дискусията до). Въпреки това днес шунгитът се смята за „естествен нанотехнологичен материал, съдържащ фулерен“ – твърдение, което според мен е по-скоро маркетингов трик.

Някои изследователи твърдят такова тревожно свойство на фулерените като токсичност.

Обикновено, когато говорим за свойства на фулеренитеозначават тяхната кристална форма - фулерити.

Значителна разлика кристали на фулеренот молекулярните кристали на много други органични вещества, тъй като те не успяват да наблюдават течна фаза. Може би това се дължи на факта, че температурата е 1200 Кпреминаването в течно състояние, което се приписва на C 60 фулерит, вече надвишава стойността му, при което настъпва забележимо разрушаване на въглеродния скелет на самите фулеренови молекули.

Според данните, свойства на фулеренитеаномално високата стабилност, която се доказва от резултатите от изследванията на процеси с участието на фулерени, е един от тях. По-специално авторът отбелязва това кристален фулеренсъществува като стабилно вещество до температури от 1000 - 1200 К, което се обяснява с неговата кинетична стабилност. Вярно е, че това се отнася до стабилността на молекулата на фулерен C60 в инертна аргонова атмосфера и в присъствието на кислород се наблюдава значително окисление дори при 500 K с образуването на CO и CO 2 .

Работата е посветена на цялостно изследване на електрофизичните и термодинамичните свойства на фулерити С60 и С70 при условия на екстремно ударно натоварване.

Във всеки случай, когато се обсъждат свойствата на фулерените, е необходимо да се уточни кое съединение се има предвид - C20, C60, C70 или друго, естествено свойствата на тези фулерени ще бъдат напълно различни.

Понастоящем фулерени С60, С70и фулерен-съдържащи продукти се произвеждат и предлагат за продажба от различни чуждестранни и местни предприятия, следователно купете фулерении се заети чрез изследване на свойствата на фулеренитетеоретично всеки може. Фулерените C60 и C70 се предлагат на цени, вариращи от $15 до $210 за грам и повече, в зависимост от вида, чистотата, количеството и други фактори. Производство и продажба на фулерени »

Фулерени в чугун и стомана

Приемайки съществуването фулерени и фулеренови структури в желязо-въглеродни сплави, то те трябва да влияят значително на физико-механичните свойства на стоманите и чугуните, участващи в структурни и фазови трансформации.

ICM (www.website)

Механизмите на кристализация на желязо-въглеродни сплави отдавна са обръщали много внимание от изследователите на тези процеси. Статията разглежда възможните механизми за образуване на нодуларен графит в чугун с висока якост и особеностите на неговата структура, само като се вземат предвид фулереновата природа на желязо-въглеродните сплави. Авторът пише, че „с откриването на фулерени и структури, базирани на фулерени, в редица трудове са правени опити да се обясни механизмът на образуване на нодуларен графит на базата на тези структури“.

Работата разглежда постиженията в областта на химията на фулерените и обобщава "новите идеи за структурата на желязо-въглеродните стопилки". Авторът твърди, че молекулярната форма на въглерода е фулерени С60- идентифициран от него в желязо-въглеродни сплави, топени по методи на класическата металургия, и също така разкрива три възможни механизма за появата фулерени в структурата на стоманите и чугуните:

  • преход на фулерени в стопилка от фулерен-съдържащ заряд по време на металургични процеси за получаване на сплави;
  • образуване на фулерени по време на първична кристализация;
  • в резултат на структурни и фазови трансформации, настъпващи при топлинни влияния.

    Едно време, преди 5 години, избрахме фулерени шестоъгълник като лого на сайта www.site, като символ на най-новите постижения в областта на изследването на желязо-въглеродни стопилки, като символ на нови разработки и открития, свързани с модификацията на Fe-C стопилка - неразделна част от съвременното леярство и малка металургия.

    • букв.:

    1. Сидоров Л.Н., Юровская М.А. и др. Фулерени: Учеб. М.: Издателство "Изпит", 2005. - 688 с. (Поредица "Учебник за гимназията")
    2. Левицки М.М., Леменовски Д.А. Фулерен // Любопитни факти от историята на химията [Електронен ресурс], 2005-2012. - Режим на достъп: http://www.xenoid.ruu, безплатен. - Загл. от екрана.
    3. Давидов С.В. Кристализация на нодуларен графит в разтопен ковък чугун // М.: Снабдително производство в машиностроенето, 2008, № 3. - от. 3-8.
    4. Дунаев А., Шапорев А., под ръководството на. Авдеева А.А. Богато семейство въглеродни материали // Нанотехнологична общност Нанометър [Електронен ресурс], 2008 г. - Режим на достъп: http://www.nanometer.ru, безплатен. - Загл. от екрана.
    5. Zakirnichnaya M.M. Образуване на фулерени във въглеродни стомани и чугуни при кристализация и термични въздействия: Дис. тези. науки; 05.02.01. - Уфа: UGNTU. - 2001г.
    6. Елецки А.В., Смирнов В.М. Фулерени // UFN, 1993. - No2. - С.33-58.
    7. Авдонин В.В. Електрофизични и термодинамични свойства на фулерити C60 и C70 при високи налягания на ударно компресиране: Реферат на дисертацията. дис... канд. тези. науки; 04/01/17. - Черноголовка: Институт по проблеми на химическата физика РАН. - 2008 г.
    8. Золотухин И.В. Фулерит - нова форма на въглерод // Химия. - 1996 г.
    9. Палий Н.А. фулерен. Сребърен юбилей // Nanotechnological community Nanometer [Електронен ресурс], 2010. – Режим на достъп: http://www.nanometer.ru, безплатен. - Загл. от екрана.
    10. Годовски Д.А. Образуване на фулерени при кристализация на чугуни: Реферат на дисертацията. дис... канд. тези. науки; 05.02.01. - УФА. - 2000 г.
    11. А. Исакович. Различни цитотоксични механизми на пристински срещу хидроксилиран фулерен / А. Исакович, З. Маркович, Б. Тодорович, Н. Николич, С. Вранжеш-Джурич, М. Миркович, М. Драмичанин, Л. Хархаджи, Н. Райчевич, З. Николич , В. Трайкович // Токсикологични науки 91(1), 173–183 (2006)
    12. Борщевски А.Я. Фулерени / Борщевски А.Я., Йофе И.Н., Сидоров Л.Н., Троянов С.И., Юровская М.А. // Nanotechnological community Nanometer [Електронен ресурс], 2007. - Режим на достъп: http://www.nanometer.ru, безплатен. - Загл. от екрана.

    Фулерените съществуват навсякъде в природата и особено там, където има въглерод и високи енергии. Те съществуват близо до въглеродни звезди, в междузвездното пространство, на места, където удрят мълния, близо до кратери на вулкани и се образуват при изгаряне на газ в домашна газова печка или в пламъка на обикновена запалка.

    Фулерени се намират и в местата на натрупване на древни въглеродни скали. Специално място принадлежи на карелските минерали - шунгит. Тези скали, съдържащи до 80% чист въглерод, са на около 2 милиарда години. Естеството на техния произход все още не е ясно. Едно от предположенията е падането на голям въглероден метеорит.

    Фулерените в шунгитите (Fullerenes in Shungites Stone) е тема, широко обсъждана в много печатни публикации и на страниците на интернет сайтове. По този повод има много противоречиви мнения, във връзка с които както читателите, така и потребителите на шунгитни продукти имат много въпроси. Наистина ли шунгитите съдържат молекулярната форма на въглерода – фулерени? Лечебните "Марциални води" съдържат ли фулерени? Възможно ли е да се пие вода, настойка с шунгит и каква ще бъде ползата от това? Въз основа на нашия опит в научните изследвания върху свойствата на различни шунгити, по-долу представяме нашето мнение по тези и някои други често задавани въпроси.

    Понастоящем продуктите, произведени с помощта на карелски шунгити, са широко разпространени. Това са различни филтри за пречистване на вода, пирамиди, висулки, продукти, предпазващи от електромагнитни лъчения, пасти и просто шунгит трошен камък и много други видове продукти, предлагани като превантивни, терапевтични и оздравителни средства. В същото време, като правило, през последните години лечебните свойства на различните видове шунгит се приписват на съдържащите се в тях фулерени.

    Малко след откриването на фулерените през 1985 г. започва активното им търсене в природата. Фулерени са открити в карелския шунгит, както се съобщава в различни научни публикации. От своя страна разработихме алтернативни методологични подходи за изолиране на фулерени от шунгити и доказване на тяхното присъствие. Изследванията анализират проби, взети в различни райони на Заонежие, където се срещат шунгитни скали. Преди анализа пробите от шунгит се раздробяват до микродисперсно състояние.

    Припомнете си, че шунгитите са ажурна силикатна решетка, чиито кухини са запълнени с шунгитов въглерод, който в своята структура е междинен продукт между аморфния въглерод и графита. Също така в шунгитния въглерод има естествени органични съединения с ниско и високо молекулно тегло (NONVS) с неизвестен химичен състав. Шунгитите се различават по състава на минералната основа (алумосиликатна, силикатна, карбонатна) и състава на шунгитния въглерод. Шунгитите се подразделят на нисковъглеродни (до 5% C), средно въглеродни (5-25% C) и високовъглеродни (25-80% C). След пълното изгаряне на шунгит в пепелта, освен силиций, се откриват Fe, Ni, Ca, Mg, Zn, Cd, V, Mo, Cu, Ce, As, W и други елементи.

    Фулеренът в шунгитния въглерод е под формата на специални, полярни донорно-акцепторни комплекси с PONVS. Следователно ефективното извличане на фулерени от него с органични разтворители, например толуен, в което фулерените са силно разтворими, не се осъществява и изборът на такъв метод на екстракция често води до противоречиви резултати за истинското присъствие на фулерени в шунгит .

    В тази връзка разработихме метод за ултразвукова екстракция на водно-перивен дисперсия на шунгит, последван от прехвърляне на фулерени от полярна среда към фаза на органичен разтворител. След няколко етапа на екстракция, концентриране и пречистване е възможно да се получи разтвор в хексан, чиито UV и IR спектри са характерни за спектрите на чист С 60 фулерен. Също така, ясен сигнал в масовия спектър с m/z = 720 (фиг. по-долу) е недвусмислено потвърждение за наличието само на С60 фулерен в шунгитите.

    252 Cf-PD мас спектър на екстракт от шунгит. Сигналът при 720 am.u е С60 фулерен, а сигналите при 696, 672 са характерни фрагментационни С60 фулеренови йони, образувани при условия на йонизация на плазмена десорбция.

    Ние обаче открихме, че не всяка проба от шунгит съдържа фулерени. От всички проби от шунгит, предоставени ни от Института по геология на Карелския научен център на Руската академия на науките (Петрозаводск, Русия) и избрани от различни области на разпространение на шунгитни скали, C 60 фулерен е открит само в една проба от високовъглероден шунгит, съдържащ повече от 80% въглерод. Освен това, той съдържа около 0,04 тегл. %. От това можем да заключим, че не всяка проба от шунгит съдържа фулерен, поне в количеството, достъпно за откриването му чрез съвременните високочувствителни методи за физичен и химичен анализ.

    Наред с това е добре известно, че шунгитите могат да съдържат доста голямо количество примеси, включително йони на тежки поливалентни метали. И следователно водата, вливана с шунгит, може да съдържа нежелани, токсични примеси.

    Но защо тогава Марциалната вода (карелска естествена вода, преминаваща през шунгит-съдържащи скали) има толкова уникални биологични свойства. Припомняме, че още по времето на Петър I и по негова лична инициатива в Карелия беше открит лечебният извор "Марциални води" (за повече подробности вижте). Дълго време никой не можеше да обясни причината за специалните лечебни свойства на този източник. Предполагаше се, че повишеното съдържание на желязо в тези води е причина за лечебните ефекти. На Земята обаче има много източници, съдържащи желязо, но по правило лечебните ефекти от приема им са доста ограничени. Едва след откриването на фулерен в шунгитните скали, през които тече изворът, възниква предположението, че фулеренът е основната причина, кулминацията на терапевтичния ефект на Мартиалните води.

    Действително, водата, преминаваща през слоевете от "измити" шунгитови скали за дълго време, не съдържа никакви забележими количества вредни примеси. Водата е „наситена“ със структурата, която скалата й придава. Съдържащият се в шунгит фулерен допринася за подреждането на водните структури и образуването на фулереноподобни хидратни клъстери в него и придобиването на уникални биологични свойства на Мартиалните води. Шунгитът, легиран с фулерен, е вид естествен структуратор на водата, преминаваща през него. В същото време никой все още не е успял да открие фулерени в бойните води или във водната инфузия на шунгит: или те не се измиват от шунгит, или ако са измити, то в такива оскъдни количества, които не се откриват по някой от известните методи. Освен това е добре известно, че фулерените не се разтварят спонтанно във вода. И ако фулереновите молекули се съдържат в марциална вода, тогава полезните й свойства биха се запазили за много дълго време. Въпреки това, той е активен само за кратко време. Освен „разтопената вода”, наситена с клъстерни, ледоподобни структури, Мартиалната вода, съдържаща животворни фулереноподобни структури, запазва свойствата си само за няколко часа. При съхранение на бойна вода, както и на "размразена вода", наредените водни клъстери се самоунищожават и водата придобива структурни свойства, като обикновената вода. Следователно няма смисъл да изливате такава вода в контейнери и да я съхранявате за дълго време. Липсва му структурообразуващ и поддържащ структурата елемент, C60 фулерен в хидратирано състояние, който е в състояние да поддържа подредени водни клъстери за произволно дълго време. С други думи, за да запази водата за дълго време естествените си клъстерни структури, е необходимо постоянното присъствие на структурообразуващ фактор в нея. За това фулереновата молекула е оптимална, както виждаме от много години, изучавайки уникалните свойства на хидратирания С 60 фулерен.

    Всичко започна през 1995 г., когато разработихме метод за получаване на молекулярно-колоидни разтвори на хидратирани фулерени във вода. В същото време се запознахме с книга, която разказва за необичайните свойства на Бойните води. Опитахме се да възпроизведем естествената същност на Мартиалните води в лабораторни условия. За това е използвана вода с висока степен на пречистване, към която по специална технология се добавя хидратиран фулерен С 60 в много малки дози. След това започнаха да се провеждат различни биологични тестове на ниво отделни биомолекули, живи клетки и целия организъм. Резултатите бяха невероятни. При почти всяка патология открихме само положителни биологични ефекти от действието на вода с хидратиран C 60 фулерен и ефектите от употребата му не само напълно съвпадаха, но дори надвишаваха в много параметри ефектите, описани за бойните води още в книгата на Петър. пъти. Много патологични промени в живия организъм изчезват и той се връща към нормалното си здравословно състояние. Но това не е лекарство с целенасочено действие и не е извънземно химическо съединение, а просто топка въглерод, разтворена във вода. Освен това се създава впечатлението, че хидратираният фулерен C 60 помага за връщане на всякакви негативни промени в тялото към „нормалното състояние“, като възстановява и поддържа структурите, които е генерирал като матрица в процеса на зараждането на живота.

    Следователно, очевидно, не е случайно, че Орлов А.Д. в книгата си "Шунгит - камък от чиста вода.", съпоставяйки свойствата на шунгитите и фулерените, той говори за последните като за квинтесенция на здравето.

    1. Buseck et al. Фулерени от геоложката среда. Наука 10 юли 1992: 215-217. DOI: 10.1126/наука.257.5067.215.
    2. Н.П. Юшкин. Глоуларна супрамолекулна структура на шунгит: данни от сканираща тунелна микроскопия. ДАН, 1994, т. 337, бр. 6 с. 800-803.
    3. В.А. Резников. Ю.С. Полеховски. Аморфният шунгитов въглерод е естествена среда за образуване на фулерени. Писма до ZhTF. 2000. т. 26. c. 15. с.94-102.
    4. Питър Р. Бюсек. Геоложки фулерени: преглед и анализ. Писма от науката за Земята и планетата V 203, I 3-4, 15 ноември 2002 г., страници 781-792
    5.N.N. Рожкова, Г. В. Андриевски. Водни колоидни системи на основата на шунгитов въглерод и извличане на фулерени от тях. Четвъртият двугодишен международен семинар в Русия "Фулерени и атомни клъстери" IWFAC"99 4 - 8 октомври 1999 г., Санкт Петербург, Русия. Книга с резюмета, стр.330.
    6. Н. Н. Рожкова, Г.В. Андриевски. Фулерени в шунгитов въглерод. сб. научен Сборник на Междунар Симпозиум „Фулерени и фулереноподобни структури“: 5-8 юни 2000 г., BSU, Минск, 2000 г., стр. 63-69.
    7. Н.Н. Рожкова, Г.В. Андриевски. Шунгитни въглеродни наноколоиди. екстракция на фулерени с водни разтворители. сб. Научен Сборник доклади от III Международен семинар "Минералогия и живот: Биоминерална хомология", 6-8 юни 2000 г., Сиктивкар, Русия, Геопринт, 2000 г., стр.53-55.
    8. S.A. Вишневски. Медицински райони на Карелия. Държавно издателство на Карелската АССР, Петрозаводск, 1957, 57 с.
    9. Фулерени: квинтесенцията на здравето. Глава на стр. 79-98 в книгата: A.D. Орлов. "Шунгит - камък от чиста вода." Москва-Санкт Петербург: "Издателство ДИЛЯ", 2004. - 112 с.; и в Интернет на сайта (www.golkom.ru/book/36.html).

    Фулерените са молекулярни съединения, принадлежащи към класа на алотропните модификации на въглерода, имащи затворени рамкови структури, състоящи се от три координирани въглеродни атома и имащи 12 петоъгълни и (n/2 - 10) шестоъгълни лица (n≥20). Особеността е, че всеки петоъгълник е в съседство само с шестоъгълници.

    Най-стабилната форма е C 60 (buckminsterfullerene), чиято сферична куха структура се състои от 20 шестоъгълника и 12 петоъгълника.

    Фигура 1. Структура на C 60

    Молекулата C 60 е въглеродни атоми, свързани един с друг чрез ковалентна връзка. Тази връзка се дължи на социализацията на валентните електрони на атомите. Дължината на връзката C-C в петоъгълника е 1,43 Ǻ, както и дължината на страната на шестоъгълника, която обединява двете фигури, но страната, която свързва шестоъгълниците, е приблизително 1,39 Ǻ.

    При определени условия молекулите C 60 са склонни да бъдат подредени в пространството, те са разположени във възлите на кристалната решетка, с други думи, фулеренът образува кристал, наречен фулерит. За да могат молекулите C 60 да бъдат систематично разположени в пространството, подобно на техните атоми, те трябва да бъдат свързани помежду си. Тази връзка между молекулите в кристала се дължи на наличието на слаба сила на Ван дер Ваалс. Това явление се обяснява с факта, че в електрически неутрална молекула отрицателният заряд на електроните и положителният заряд на ядрото са разпръснати в пространството, в резултат на което молекулите могат да се поляризират една друга, с други думи, те водят до изместване в пространството на центровете на положителните и отрицателните заряди, което предизвиква тяхното взаимодействие.

    Твърдият C 60 при стайна температура има лицево-центрирана кубична решетка, чиято плътност е 1,68 g/cm 3 . При температури под 0 ° C настъпва трансформация в кубична решетка.

    Енталпията на образуване на фулерен-60 е около 42,5 kJ/mol. Този индикатор отразява ниската му стабилност в сравнение с графита (0 kJ/mol) и диаманта (1,67 kJ/mol). Струва си да се отбележи, че с увеличаване на размера на сферата (с увеличаване на броя на въглеродните атоми) енталпията на образуване асимптотично клони към енталпията на графита, това се дължи на факта, че сферата все повече и повече прилича на самолет.

    Външно фулерените са фино кристални прахове с черен цвят, без мирис. Те са практически неразтворими във вода (H 2 O), етанол (C 2 H 5 OH), ацетон (C 3 H 6 O) и други полярни разтворители, но в бензен (C 6 H 6), толуен (C 6 H 5 - CH 3), фенилхлорид (C 6 H 5 Cl) се разтварят, образувайки червено-виолетови оцветени разтвори. Трябва да се отбележи, че когато капка стирен (C 8 H 8) се добави към наситен разтвор на C 60 в диоксан (C 4 H 8 O 2), цветът на разтвора се променя моментално от жълто-кафяв до червено- виолетово, поради образуването на комплекса (солват).

    В наситени разтвори на ароматни разтворители фулерените при ниски температури образуват утайка - кристален солват с формата C 60 Xn, където X е бензен (C 6 H 6), толуен (C 6 H 5 -CH 3), стирен (C 8 H 8) , фероцен (Fe(C 5 H 5) 2) и други молекули.

    Енталпията на разтваряне на фулерена в повечето разтворители е положителна; с повишаване на температурата разтворимостта, като правило, се влошава.

    Изучаването на физичните и химичните свойства на фулерена е актуално явление, тъй като това съединение се превръща в неразделна част от живота ни. В момента се обсъждат идеите за използване на фулерени при създаването на фотодетектори и оптоелектронни устройства, катализатори на растеж, диамантени и диамантени филми, свръхпроводящи материали, а също и като багрила за копирни машини. Фулерените се използват при синтеза на метали и сплави с подобрени свойства.

    Предвижда се фулерените да бъдат използвани като основа за производството на акумулаторни батерии. Принципът на работа на тези батерии се основава на реакцията на хидрогениране, те в много отношения са подобни на широко разпространените батерии на базата на никел, но за разлика от последните, те имат способността да съхраняват няколко пъти по-специфично количество водород. Освен това тези батерии имат по-висока ефективност, леко тегло и безопасност за околната среда и здравето в сравнение с най-модерните литиеви батерии по отношение на тези качества. Фулереновите батерии могат да се използват широко за захранване на персонални компютри и слухови апарати.

    Значително внимание се отделя на проблема с използването на фулерени в медицината и фармакологията. Обмисля се идеята за създаване на противоракови лекарства на базата на водоразтворими ендоедрални съединения на фулерени с радиоактивни изотопи.

    Използването на фулерени обаче е ограничено от тяхната висока цена, която се дължи на трудоемостта на синтеза на фулеренова смес, както и на многоетапното отделяне на отделни компоненти от нея.