Ehdot 

Fullereeni on eräänlainen kidehila. Fullereenit: hiilinanohiukkasten odottamattomat biologiset ominaisuudet. Fullereeni puolijohdeteknologian materiaalina

FULLERENES - HIILIN UUSI ALLOTROOPPINEN MUOTO

1. TEOREETTINEN OSA

1.1. Tunnetut hiilen allotrooppiset muodot

Viime aikoihin asti tiedettiin, että hiili muodostaa kolme allotrooppista muotoa: timantin, grafiitin ja karbiinin. Allotropia kreikasta. Allos - erilainen, tropos - käänne, ominaisuus, saman alkuaineen olemassaolo ominaisuuksiltaan ja rakenteeltaan erilaisten rakenteiden muodossa Tällä hetkellä tunnetaan hiilen neljäs allotrooppinen muoto, ns fullereeni (moniatomiset hiilimolekyylit C n) .

Termin "fullereeni" alkuperä liittyy amerikkalaisen arkkitehdin Richard Buckminster Fullerin nimeen, joka suunnitteli puolipallon muotoisia arkkitehtonisia rakenteita, jotka koostuvat kuusikulmioista ja viisikulmioista.

1960-luvun puolivälissä David Jones rakensi suljettuja pallomaisia ​​häkkejä grafiittikerroksista, jotka oli taitettu omituisella tavalla. Osoitettiin, että viisikulmio voi olla tavallisen grafiitin kuusikulmaiseen hilaan upotettu vika, joka johtaa monimutkaisen kaarevan pinnan muodostumiseen.

1970-luvun alussa orgaaninen fyysikko E. Osawa ehdotti onton, erittäin symmetrisen C60-molekyylin olemassaoloa, jonka rakenne on katkaistun ikosaedrin muodossa, joka muistuttaa jalkapalloa. Hieman myöhemmin (1973) venäläiset tiedemiehet D.A. Bochvar ja E.G. Galperin teki ensimmäiset teoreettiset kvanttikemialliset laskelmat tällaisesta molekyylistä ja osoitti sen stabiiliuden.

Vuonna 1985 tiedemiesryhmä: G. Kroto (Englanti, Sussexin yliopisto), Heath, 0"Brien, RF Curl ja R. Smalley (USA, Rice University) onnistui havaitsemaan fullereenimolekyylin tutkiessaan massaspektrejä grafiittihöyry kiinteän näytteen lasersäteilytyksen jälkeen.

W. Kretschmer ja D. Huffman sekä kollegat Heidelbergin (Saksa) ydinfysiikan instituutissa ehdottivat ensimmäistä tapaa saada ja eristää kiinteää kiteistä fullereenia.

Vuonna 1991 japanilainen tiedemies Ijima havaitsi ensimmäistä kertaa erilaisia ​​rakenteita polaari-ionimikroskoopilla, joka koostui, kuten grafiitin tapauksessa, kuusijäsenisistä hiilirenkaista: nanoputkista, kartioista, nanohiukkasista.

Vuonna 1992 löydettiin luonnollisia fullereeneja luonnollisesta hiilimineraalista - šungiitista (tämä mineraali on saanut nimensä Karjalan Shungan kylän nimestä).

Vuonna 1997 R.E.

Tarkastellaan hiilen allotrooppisten muotojen rakennetta: timantti, grafiitti ja karbiini.


Timantti - Jokainen timanttirakenteen hiiliatomi sijaitsee tetraedrin keskellä, jonka kärjet ovat neljä lähintä atomia. Naapuriatomit on liitetty toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla (sp 3 -hybridisaatio). Tämä rakenne määrittää timantin ominaisuudet kovimpana maan päällä tunnetun aineena.

Grafiitti Löytää laajan sovelluksen monenlaisilla ihmisen toiminnan aloilla lyijykynän valmistuksesta ydinreaktoreiden neutronien hidastusyksiköihin. Grafiitin kiderakenteen hiiliatomit liittyvät toisiinsa vahvoilla kovalenttisilla sidoksilla (sp 2 - hybridisaatio) ja muodostavat kuusikulmaisia ​​renkaita, jotka puolestaan ​​muodostavat vahvan ja vakaan hunajakennoa muistuttavan verkon. Ristikot on järjestetty kerroksittain päällekkäin. Säännöllisten kuusikulmioiden kärjessä olevien atomien välinen etäisyys on 0,142 nm, kerrosten välillä – 0,335 nm. Kerrokset on liitetty löyhästi toisiinsa. Tällainen rakenne - vahvat hiilikerrokset, jotka ovat heikosti yhteydessä toisiinsa, määrittää grafiitin erityisominaisuudet: alhainen kovuus ja kyky helposti irrota pieniksi hiutaleiksi.

Karbiini tiivistyy valkoisena hiilikerrostumana pinnalle, kun pyrografiittia säteilytetään laservalosäteellä. Karbiinin kiteinen muoto koostuu yhdensuuntaisista hiiliatomien ketjuista, joissa valenssielektronien sp-hybridisaatio on suoria polyyyni (-С= С-С= С-...) tai kumuleeni (=С=С=) makromolekyylejä. С=...) tyypit .

Muitakin hiilen muotoja tunnetaan, kuten amorfinen hiili, valkoinen hiili (kaoiitti) jne. Mutta kaikki nämä muodot ovat komposiitteja, toisin sanoen sekoitus pieniä grafiitin ja timantin fragmentteja.

1.2. Fullereenimolekyylin ja fulleriitin kidehilan geometria

Kuva 3 Fullereeni C 6 -molekyyli 0

Toisin kuin timantti, grafiitti ja karbiini, fullereeni on pohjimmiltaan uusi hiilen muoto. C 60 -molekyyli sisältää fragmentteja, joilla on viisinkertainen symmetria (pentagonit), jotka ovat luonnostaan ​​kiellettyjä epäorgaanisille yhdisteille. Siksi on ymmärrettävä, että fullereenimolekyyli on orgaaninen molekyyli, ja tällaisten molekyylien muodostama kide ( fulleriitti) – se on molekyylikide, joka on linkki orgaanisen ja epäorgaanisen aineen välillä.

Tasainen pinta on helppo muodostaa säännöllisistä kuusikulmioista, mutta suljettua pintaa ei voi muodostaa niillä. Tätä varten on tarpeen leikata osa kuusikulmaisista renkaista ja muodostaa leikatuista osista viisikulmiot. Fullereenissa tasainen kuusikulmioverkko (grafiittiristikko) taitetaan ja ommellaan suljetuksi palloksi. Tässä tapauksessa osa kuusikulmioista muunnetaan viisikulmioiksi. Muodostuu rakenne - katkaistu ikosaedri, jossa on 10 kolmannen asteen symmetria-akselia, kuusi viidennen asteen symmetria-akselia. Tämän kuvion jokaisella kärjellä on kolme lähintä naapuria. Jokainen kuusikulmio rajoittuu kolmeen kuusikulmioon ja kolmeen viisikulmioon, ja jokainen viisikulmio rajoittuu vain kuusikulmioihin. Jokainen C 60 -molekyylin hiiliatomi sijaitsee kahden kuusikulmion ja yhden viisikulmion kärjessä ja on pohjimmiltaan erottamaton muista hiiliatomeista. Pallon muodostavat hiiliatomit on sidottu toisiinsa vahvalla kovalenttisella sidoksella. Pallomaisen kuoren paksuus on 0,1 nm, C60-molekyylin säde on 0,357 nm. C-C-sidoksen pituus viisikulmiossa on 0,143 nm, kuusikulmiossa - 0,139 nm.

Korkeampien fullereenien C 70 C 74, C 76, C 84, C 164, C 192, C 216 molekyyleillä on myös suljetun pinnan muoto.

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

Kiteisellä fullereenilla, jota kutsuttiin fulleriittiksi, on kasvokeskeinen kuutiohila (fcc), avaruusryhmä (Fm3m) Kuutiohilan parametri a 0 = 1,42 nm, lähimpien naapureiden välinen etäisyys on 1 nm. Lähimpien naapureiden lukumäärä fulleriitin fcc-hilassa on –12.

Fulleriittikiteessä on heikko van der Waalsin sidos C 60 -molekyylien välillä. Ydinmagneettiresonanssimenetelmällä osoitettiin, että huoneenlämpötilassa C 60 -molekyylit pyörivät tasapainoasennon ympäri taajuudella 10 12 1/s. Kun lämpötila laskee, pyöriminen hidastuu. 249K:n lämpötilassa fulleriitissa havaitaan ensimmäisen asteen faasimuutos, jossa fcc-hila (sp. gr. Fm3m) muuttuu yksinkertaiseksi kuutioksi (sp. gr. Pa3). Tässä tapauksessa fulderiitin tilavuus kasvaa 1%. Fulleriittikiteen tiheys on 1,7 g/cm 3, mikä on paljon pienempi kuin grafiitin (2,3 g/cm 3 ) ja timantin (3,5 g/cm 3 ) tiheys.

C60-molekyyli pysyy stabiilina inertissä argonilmakehässä 1700 K:n lämpötiloihin saakka. Merkittävää hapettumista havaitaan 500 K:ssa hapen läsnä ollessa, jolloin muodostuu CO:ta ja CO 2:ta. Huoneenlämpötilassa hapettumista tapahtuu, kun sitä säteilytetään fotoneilla, joiden energia on 0,55 eV. joka on paljon pienempi kuin näkyvän valon fotonienergia (1,54 eV). Siksi puhdas fulleriitti on säilytettävä pimeässä. Useita tunteja kestävä prosessi johtaa fulleriitin fcc-hilan tuhoutumiseen ja epäjärjestyneen rakenteen muodostumiseen, jossa on 12 happiatomia per alkuperäinen C6-molekyyli. Tässä tapauksessa fullereenit menettävät muotonsa kokonaan.

1.3. Fullereenien saaminen

Tehokkain tapa saada fullereeneja perustuu grafiitin lämpöhajoamiseen. Käytetään sekä grafiittielektrodin elektrolyyttistä kuumennusta että grafiittipinnan lasersäteilytystä. Kuvassa 4 on kaavio fullereenien tuotantolaitoksesta, jota käytti W. Kretchmer. Grafiittisputterointi suoritetaan johtamalla elektrodien läpi 60 Hz:n taajuudella oleva virta, jonka virran arvo on 100-200 A, jännite 10-20 V. Säätämällä jousen jännitystä voidaan varmistaa, että suurin osa syöttötehosta vapautuu kaaressa, ei grafiittisauvassa. Kammio on täytetty heliumilla, paine 100 Torr. Grafiitin haihtumisnopeus tässä asennuksessa voi olla 10 g/W. Tässä tapauksessa kuparikotelon vedellä jäähdytetty pinta peitetään grafiitin haihdutustuotteella, ts. grafiittinoki. Jos saatu jauhe kaavitaan pois ja pidetään useita tunteja kiehuvassa tolueenissa, saadaan tummanruskea neste. Pyörivässä haihduttimessa haihdutettaessa saadaan hienojakoista jauhetta, jonka paino on enintään 10 % alkuperäisen grafiittinoen painosta. Se sisältää enintään 10 % fullereeneja C 60 (90 %) ja C 70 ( Kuvattu kaarimenetelmä fullereenien saamiseksi nimettiin "fullereenikaari".

Kuvatussa fullereenien saamiseksi menetelmässä heliumilla on puskurikaasun rooli. Muihin atomeihin verrattuna heliumatomit "sammuttavat" tehokkaimmin kiihtyneiden hiilifragmenttien värähtelevät liikkeet, jotka estävät niitä yhdistymästä pysyviksi rakenteiksi. Lisäksi heliumatomit kuljettavat pois energiaa, joka vapautuu hiilifragmenttien yhdistyessä. Kokemus osoittaa, että optimaalinen heliumin paine on 100 Torr. Korkeammissa paineissa hiilifragmenttien aggregoituminen on vaikeaa.

Kuva 4. Asennuskaavio fullereenien saamiseksi.

1 - grafiittielektrodit;

2 - jäähdytetty kupariväylä; 3 - kuparikotelo,

4 - jouset.

Muutokset prosessiparametreissa ja laitoksen suunnittelussa johtavat muutoksiin prosessin tehokkuudessa ja tuotteen koostumuksessa. Tuotteen laatu varmistetaan sekä massaspektrometrisin mittauksin että muilla menetelmillä (ydinmagneettinen resonanssi, elektroniparamagneettinen resonanssi, IR-spektroskopia jne.)

G.N. Churilovin työssä on yleiskatsaus tällä hetkellä olemassa oleviin fullereenien hankintamenetelmiin ja laitteistoihin, joissa saadaan erilaisia ​​fullereeneja.

Puhdistus- ja havaitsemismenetelmät

Kätevin ja yleisin menetelmä fullereenien uuttamiseksi grafiitin lämpöhajoamistuotteista (termit: fullereenia sisältävä kondensaatti, fullereenia sisältävä noki) sekä myöhempi fullereenien erottaminen ja puhdistaminen perustuu liuottimien ja sorbentit.

Tämä menetelmä sisältää useita vaiheita. Ensimmäisessä vaiheessa fullereenia sisältävä noki käsitellään ei-polaarisella liuottimella, joka on bentseeniä, tolueenia ja muita aineita. Tällöin liukenemattomasta fraktiosta erotetaan fullereenit, joilla on merkittävä liukoisuus näihin liuottimiin, joiden pitoisuus fullereenia sisältävässä faasissa on yleensä 70-80 %. Fullereenien liukoisuuden tyypillinen arvo niiden synteesiin käytettyihin liuoksiin on useita mooliprosentin kymmenesosia. Tällä tavalla saadun fullereeniliuoksen haihdutus johtaa mustan monikiteisen jauheen muodostumiseen, joka on sekoitus eri laatuisia fullereeneja. Tyypillinen tällaisen tuotteen massaspektri osoittaa, että fullereeniuutteen pitoisuus on 80-90 % C60 ja 10-15 % C70. Lisäksi on olemassa pieni määrä (prosentin fraktioiden tasolla) korkeampia fullereeneja, joiden eristäminen uutteesta on melko monimutkainen tekninen ongelma. Johonkin liuottimeen liuotettu fullereeniuute johdetaan sorbentin läpi, joka voi olla alumiinia, aktiivihiiltä tai oksideja (Al 2 O 3, SiO 2), joilla on korkeat sorptio-ominaisuudet. Tämä metalli kerää fullereenit ja uutetaan sitten siitä puhtaalla liuottimella. Uuttoteho määräytyy sorbentti-fullereeni-liuotin-yhdistelmällä ja yleensä tiettyä sorbenttia ja liuotinta käytettäessä riippuu selvästi fullereenin tyypistä. Siten sorbentin läpi johdettu liuotin siihen adsorboituneen fullereenin kanssa erottaa vuorotellen sorbentista erityyppisiä fullereeneja, jotka voidaan siten helposti erottaa toisistaan. Kuvatun fullereenien erottamiseen ja puhdistamiseen tähtäävän tekniikan kehittäminen, joka perustuu fullereenia sisältävän noen sähkökaarisynteesiin ja sen myöhempään erotukseen sorbentteja ja liuottimia käyttäen, johti laitteistojen luomiseen, jotka mahdollistavat C60:n syntetisoinnin yksi gramma tunnissa.

1.4 Fullereenien ominaisuudet

Kiteiset fullereenit ja kalvot ovat puolijohteita, joiden kaistaväli on 1,2-1,9 eV ja joilla on valonjohtavuus. Näkyvällä valolla säteilytettynä fulleriittikiteen sähkövastus pienenee. Valonjohtavuus ei ole pelkästään puhdas fulleriitti, vaan myös sen erilaiset seokset muiden aineiden kanssa. Havaittiin, että kaliumatomien lisääminen C60-kalvoihin johtaa suprajohtavuuden ilmaantuvuuteen 19 K:n lämpötilassa.

Fullereenimolekyylit, joissa hiiliatomit ovat liittyneet toisiinsa sekä yksittäisillä että kaksoissidoksilla, ovat aromaattisten rakenteiden kolmiulotteisia analogeja. Niillä on korkea elektronegatiivisuus ja ne toimivat kemiallisissa reaktioissa vahvoina hapettimina. Kiinnittymällä itseensä erilaisia ​​kemiallisia radikaaleja fullereenit pystyvät muodostamaan laajan luokan kemiallisia yhdisteitä, joilla on erilaiset fysikaalis-kemialliset ominaisuudet. Esimerkiksi äskettäin on saatu polyfullereenikalvoja, joissa C60-molekyylit eivät ole yhteydessä toisiinsa van der Waalsin avulla, kuten fulleriittikiteessä, vaan kemiallisen vuorovaikutuksen kautta. Nämä muovikalvot ovat uudenlainen polymeerimateriaali. Mielenkiintoisia tuloksia on saavutettu fullereeneihin perustuvien polymeerien synteesin suunnassa. Tässä tapauksessa fullereeni C 60 toimii polymeeriketjun perustana ja molekyylien välinen yhteys suoritetaan bentseenirenkaiden avulla. Tämä rakenne on saanut kuvaannollisen nimen "helminauha".

Platinaryhmän metalleja sisältävien radikaalien lisääminen C60:een mahdollistaa fullereeniin perustuvien ferromagneettisten materiaalien saamisen. Nyt tiedetään, että yli kolmasosa jaksollisen järjestelmän elementeistä voidaan sijoittaa molekyylin sisään. 60 alkaen. On raportoitu lantaanin, nikkelin, natriumin, kaliumin, rubidiumin, cesiumin, harvinaisten maametallien, kuten terbiumin, gadoliniumin ja dysprosiumin, atomien käyttöönotosta.

Fullereeneihin perustuvien yhdisteiden fysikaalis-kemiallisten ja rakenteellisten ominaisuuksien moninaisuus mahdollistaa sen, että fullereenikemiasta voidaan puhua uutena lupaavana suunnana orgaanisessa kemiassa.

1.5. Fullereenien käyttö

Tällä hetkellä tieteellisessä kirjallisuudessa käsitellään fullereenien käyttöä valoilmaisimien ja optoelektronisten laitteiden, kasvukatalysaattoreiden, timanttien ja timanttien kaltaisten kalvojen, suprajohtavien materiaalien ja myös kopiokoneiden väriaineina. Fullereeneja käytetään metallien ja metalliseosten synteesiin, joilla on uusia ominaisuuksia.

Fullereeneja suunnitellaan käytettäväksi akkujen valmistuksen pohjana. Nämä akut, joiden periaate perustuu vedyn lisäysreaktioon, ovat monessa suhteessa samanlaisia ​​kuin laajalti käytetyt nikkeliparistot, mutta toisin kuin viimeksi mainitut, niillä on kyky varastoida noin viisinkertainen määrä vetyä. Lisäksi tällaisille akuille on ominaista korkeampi hyötysuhde, keveys sekä ympäristö- ja terveysturvallisuus verrattuna edistyneimpiin litiumpohjaisiin akkuihin näiden ominaisuuksien suhteen. Tällaisia ​​paristoja voidaan käyttää laajasti henkilökohtaisten tietokoneiden ja kuulolaitteiden virtalähteenä.

Fullereenien liuoksille ei-polaarisissa liuottimissa (hiilidisulfidi, tolueeni, bentseeni, hiilitetrakloridi, dekaani, heksaani, pentaani) on tunnusomaista epälineaariset optiset ominaisuudet, mikä ilmenee erityisesti liuoksen läpinäkyvyyden jyrkänä vähenemisenä tietyissä olosuhteissa. . Tämä avaa mahdollisuuden käyttää fullereeneja lasersäteilyn voimakkuutta rajoittavien optisten sulkimien perustana.

On mahdollista käyttää fullereeneja perustana luoda muistiväline, jolla on erittäin korkea informaatiotiheys. Fullereeneja voidaan käyttää rakettien polttoaineiden ja voiteluaineiden lisäaineina.

Fullereenien käytön ongelmaan kiinnitetään paljon huomiota lääketieteessä ja farmakologiassa. Keskustellaan ideasta luoda syöpälääkkeitä, jotka perustuvat fullereenien vesiliukoisiin endoedrisiin yhdisteisiin radioaktiivisten isotooppien kanssa. ( Endoedriyhdisteet ovat fullereenimolekyylejä, jotka sisältävät yhden tai useamman alkuaineen atomin). Fullereeneihin perustuvien antiviraalisten ja syöpälääkkeiden synteesin edellytykset löytyvät. Yksi vaikeuksista näiden ongelmien ratkaisemisessa on vesiliukoisten myrkyttömien fullereeniyhdisteiden luominen, jotka voitaisiin viedä ihmiskehoon ja kuljettaa veren välityksellä terapeuttisen vaikutuksen alaisena elimeen.

Fullereenien käyttöä rajoittaa niiden korkea hinta, joka koostuu fullereeniseoksen saamisen työlästä ja yksittäisten komponenttien eristämisestä siitä.

1.6 Hiilinanoputket

Nanoputkien rakenne

Pallomaisten hiilirakenteiden ohella voidaan muodostaa myös laajennettuja sylinterimäisiä rakenteita, ns. nanoputkia, jotka erottuvat useista fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista.

Ihanteellinen nanoputki on sylinteriksi rullattu grafiittitaso, ts. säännöllisillä kuusikulmioilla vuorattu pinta, jonka kärjessä hiiliatomit sijaitsevat ..).

Parametria, joka ilmaisee kuusikulmion koordinaatit, jonka tason taittamisen seurauksena pitäisi olla sama kuin koordinaattien alkupisteessä sijaitsevan kuusikulmion kanssa, kutsutaan nanoputken kiraalisuudeksi ja sitä merkitään symbolijoukolla (m, n). Nanoputken kiraalisuus määrittää sen sähköiset ominaisuudet.

Elektronimikroskoopilla tehdyt havainnot ovat osoittaneet, että useimmat nanoputket koostuvat useista grafiittikerroksista, jotka ovat joko sisäkkäisiä sisäkkäin tai yhteisen akselin ympärille kierrettyinä.

Yksiseinäiset nanoputket



Käytössä riisi. 4 esitetään idealisoitu malli yksiseinäisestä nanoputkesta. Tällainen putki päättyy puolipallon muotoisiin kärkiin, jotka sisältävät yhdessä

säännöllisillä kuusikulmioilla, myös kuudella säännöllisellä viisikulmiolla. Viisikulmioiden läsnäolo putkien päissä mahdollistaa niiden pitämisen fullereenimolekyylien rajoittavina tapauksina, joiden pituusakselin pituus ylittää huomattavasti niiden halkaisijan.

Kokeellisesti havaittujen yksiseinäisten nanoputkien rakenne poikkeaa monessa suhteessa yllä esitetystä idealisoidusta kuvasta. Ensinnäkin tämä koskee nanoputken yläosia, joiden muoto on havaintojen perusteella kaukana ihanteellisesta pallonpuoliskosta.

Monikerroksiset nanoputket

Monikerroksiset nanoputket eroavat yksikerroksisista nanoputkista paljon laajemman muodon ja konfiguraation suhteen sekä pitkittäis- että poikittaissuunnassa. Monikerroksisten nanoputkien poikittaisrakenteen mahdolliset muunnelmat on esitetty kuvassa riisi. 5. Rakenne kuten "venäläiset nuket" (venäläiset nuket) on sarja koaksiaalisesti sisäkkäisiä yksikerroksisia nanoputkia (riisi 5 a). Toinen tämän rakenteen muunnelma, joka on esitetty kohdassa riisi. 5b on joukko sisäkkäisiä koaksiaalisia prismoja. Lopuksi viimeinen yllä olevista rakenteista ( riisi. 5 c), näyttää rullalta. Kaikilla yllä olevilla rakenteilla vierekkäisten grafiittikerrosten välinen etäisyys on lähellä 0,34 nm, ts. kiteisen grafiitin vierekkäisten tasojen välinen etäisyys. Yhden tai toisen rakenteen toteutuminen tietyssä koetilanteessa riippuu nanoputkisynteesin olosuhteista.



On syytä muistaa, että nanoputkien idealisoitu poikittaisrakenne, jossa vierekkäisten kerrosten välinen etäisyys on lähellä 0,34 nm ja ei riipu aksiaalisesta koordinaatista, on käytännössä vääristynyt viereisten nanoputkien häiritsevän vaikutuksen vuoksi.

Vikojen esiintyminen johtaa myös nanoputken suoraviivaisen muodon vääristymiseen ja antaa sille harmonikan muodon.

Toisen tyyppiset viat, jotka usein havaitaan monikerroksisten nanoputkien grafiittipinnalla, liittyvät siihen, että pintaan, joka koostuu pääasiassa säännöllisistä kuusikulmioista, on joutunut tietty määrä viisikulmiota tai seitsemänkulmiota. Tämä johtaa lieriömäisen muodon rikkomiseen, jolloin viisikulmion lisääminen aiheuttaa kuperan mutkan, kun taas seitsemänkulmion lisääminen myötävaikuttaa koveran mutkan syntymiseen. Siten tällaiset viat aiheuttavat taipuneiden ja kierteisten nanoputkien ilmaantumista.

Nanohiukkasten rakenne

Fullereenien muodostuessa grafiitista muodostuu myös nanohiukkasia. Nämä ovat suljettuja rakenteita, jotka muistuttavat fullereeneja, mutta paljon suurempia kuin ne. Toisin kuin fullereenit, ne, kuten nanoputket, voivat sisältää useita kerroksia ja ovat rakenteeltaan suljettuja, sisäkkäisiä grafiittikuoria.

Nanohiukkasissa, kuten grafiitissa, kuoren sisällä olevat atomit on kytketty kemiallisilla sidoksilla, ja viereisten kuorien atomien välillä on heikko van der Waals -vuorovaikutus. Tyypillisesti nanohiukkasten kuoret ovat muodoltaan lähellä monitahoista. Jokaisen tällaisen kuoren rakenteessa kuusikulmioiden lisäksi, kuten grafiitin rakenteessa, on 12 viisikulmiota, lisäksi havaitaan viiden ja seitsemän kulman paria. Elektronimikroskooppinen tutkimus hiilihiukkasten muodosta ja rakenteesta fullereenia sisältävässä kondensaatissa suoritettiin äskettäin Jarkov S.M.:n, Kashkin V.B.:n teoksissa.

Hiilinanoputkien hankkiminen

Hiilinanoputket muodostetaan lämpösputteroimalla grafiittielektrodia kaaripurkausplasmassa, joka palaa heliumilmakehässä. Tämä menetelmä, samoin kuin lasersputterointimenetelmä, joka on tehokkaan fullereenien saantitekniikan taustalla, mahdollistaa nanoputkien saamisen riittävänä määränä niiden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien yksityiskohtaiseen tutkimukseen.

Nanoputki voidaan saada pidennetyistä grafiitin fragmenteista, jotka sitten kierretään putkeen. Laajennettujen fragmenttien muodostamiseksi vaaditaan erityisiä olosuhteita grafiitin lämmittämiseksi. Optimaaliset olosuhteet nanoputkien saamiseksi toteutetaan kaaripurkauksessa käyttämällä elektrolyyttistä grafiittia elektrodeina.

Grafiitin lämpösputteroinnin eri tuotteista (fullereenit, nanohiukkaset, nokihiukkaset) pienen osan (useita prosentteja) muodostavat monikerroksiset nanoputket, jotka ovat osittain kiinnittyneet asennuksen kylmiin pintoihin, osittain kerrostuneet pintaan pitkin noen kanssa.

Yksiseinäisiä nanoputkia muodostuu, kun anodiin lisätään pieni seos Fe, Co, Ni, Cd (eli lisäämällä katalyyttejä). Lisäksi yksiseinäisiä nanoputkia saadaan hapettamalla moniseinäisiä nanoputkia. Hapetusta varten monikerroksisia nanoputkia käsitellään hapella kohtalaisessa kuumennuksessa tai kiehuvalla typpihapolla, ja jälkimmäisessä tapauksessa poistetaan viisijäseniset grafiittirenkaat, jotka johtavat putkien päiden aukeamiseen. poistaaksesi ylemmät kerrokset monikerroksisesta putkesta ja avaamalla sen päät. Koska nanohiukkasten reaktiivisuus on korkeampi kuin nanoputkien, nanoputkien osuus sen loppuosassa kasvaa hiilituotteen merkittävän tuhoutuessa hapettumisen seurauksena.

Fullereenien sähkökaarimenetelmässä osa materiaalista, joka tuhoutuu grafiittianodikaaren vaikutuksesta, kerrostuu katodille. Grafiittitangon tuhoamisprosessin loppuun mennessä tämä muodostus kasvaa niin paljon, että se kattaa koko kaaren alueen. Tämä uloskasvu on maljan muotoinen, johon anodi viedään. Katodin muodostumisen fysikaaliset ominaisuudet eroavat suuresti grafiitin, josta anodi koostuu, ominaisuuksista. Kertymän mikrokovuus on 5,95 GPa (grafiitti -0,22 GPa), muodostumistiheys on 1,32 g/cm 3 (grafiitti -2,3 g/cm 3), kertymäsähkövastus on 1,4 * 10 -4 Ohm m , joka on lähes suuruusluokkaa suurempi kuin grafiitilla (1,5 * 10 -5 ohm m). 35 K:n lämpötilassa katodilla havaittiin poikkeavan korkea magneettinen susceptibiliteetti, mikä teki mahdolliseksi olettaa, että kertyminen koostuu pääasiassa nanoputkista (Belov N.N.).

Nanoputkien ominaisuudet

Laajat mahdollisuudet nanoputkien käyttöön materiaalitieteessä avautuvat, kun suprajohtavia kiteitä (esim. TaC) kapseloidaan hiilinanoputkien sisään. Seuraava tekniikka on kuvattu kirjallisuudessa. Käytimme DC-kaaripurkausta ~30 A jännitteellä 30 V heliumilmakehässä elektrodeilla, jotka olivat puristettua talliumjauheen ja grafiittipigmentin seosta. Elektrodien välinen etäisyys oli 2–3 mm. Tuhavaittiin huomattava määrä nanoputkiin kapseloituja TaC-kiteitä elektrodimateriaalin lämpöhajoamistuotteista.. X Kristalliittien tyypillinen poikittaiskoko oli noin 7 nm ja nanoputkien tyypillinen pituus yli 200 nm. Nanoputket olivat monikerroksisia sylintereitä, joiden kerrosten välinen etäisyys oli 0,3481 ± 0,0009 nm, mikä on lähellä vastaavaa grafiitin parametria. Näytteiden magneettisen herkkyyden lämpötilariippuvuuden mittaus osoitti, että kapseloidut nanokiteet muuttuvatsuprajohtava tila T = 10 K.

Mahdollisuus saada nanoputkiin kapseloituja suprajohtavia kiteitä mahdollistaa niiden eristämisen ulkoisen ympäristön haitallisilta vaikutuksilta, esimerkiksi hapettumiselta, mikä avaa tietä vastaavien nanoteknologioiden tehokkaampaan kehittämiseen.

Nanoputkien suuri negatiivinen magneettinen herkkyys kertoo niiden diamagneettisista ominaisuuksista. Oletetaan, että nanoputkien diamagnetismi johtuu elektronivirtojen virtauksesta niiden kehää pitkin. Magneettisen suskeptibiliteetti ei riipu näytteen orientaatiosta, joka liittyy sen epäjärjestyneeseen rakenteeseen. Magneettisen suskeptibiliteetin suhteellisen suuri arvo osoittaa, että tämä arvo on ainakin yhdessä suunnassa verrattavissa grafiitin vastaavaan arvoon. Nanoputkien magneettisen herkkyyden lämpötilariippuvuuden ja muiden hiilen vastaavien tietojen välinen ero viittaa siihen, että hiilinanoputket ovat erillinen itsenäinen hiilen muoto, jonka ominaisuudet poikkeavat oleellisesti muiden tilojen hiilen ominaisuuksista..

Nanoputkien sovellukset

Monet nanoputkien teknologiset sovellukset perustuvat niiden korkeaan ominaispinta-alaan (yksikerroksisen nanoputken tapauksessa noin 600 neliömetriä per 1/g), mikä avaa mahdollisuuden käyttää niitä huokoisena materiaalina suodattimissa jne. .

Nanoputkien materiaalia voidaan menestyksekkäästi käyttää kantaja-alustana heterogeeniseen katalyysiin, ja avoimien nanoputkien katalyyttinen aktiivisuus ylittää merkittävästi suljetuille nanoputkille vastaavan parametrin.

On mahdollista käyttää suuren ominaispinnan omaavia nanoputkia elektrodeina suuren ominaistehoisen elektrolyyttikondensaattorin kohdalla.

Hiilinanoputket ovat osoittaneet itsensä hyvin kokeissa niiden käytöstä timanttikalvon muodostumista edistävänä pinnoitteena. Kuten elektronimikroskoopilla otetut valokuvat osoittavat, nanoputkikalvolle kerrostettu timanttikalvo eroaa paremmin ytimien tiheyden ja tasaisuuden suhteen C 60:lle ja C 70:lle kerrostetusta kalvosta.

Nanoputken ominaisuudet kuten sen pieni koko, joka vaihtelee huomattavasti synteesiolosuhteiden mukaan, sähkönjohtavuus, mekaaninen lujuus ja kemiallinen stabiilisuus antavat mahdollisuuden ajatella nanoputkea tulevaisuuden mikroelektroniikan elementtien perustana. Laskemalla on todistettu, että viisikulmio–seitsenkulmio-parin tuominen nanoputken ideaaliseen rakenteeseen viana muuttaa sen elektronisia ominaisuuksia. Nanoputkea, jossa on upotettu vika, voidaan pitää metalli-puolijohde-heteroliitoksena, joka voi periaatteessa muodostaa perustan ennätyksellisen pienikokoiselle puolijohdeelementille.

Nanoputket voivat toimia pohjana ohuimmalle mittaustyökalulle, jota käytetään elektronisten piirien pintojen epähomogeenisuuksien hallintaan.

Mielenkiintoisia sovelluksia voidaan saada täyttämällä nanoputkia erilaisilla materiaaleilla. Tässä tapauksessa nanoputkea voidaan käyttää sekä sen täyttävän materiaalin kantajana että eristävänä kuorena, joka suojaa tätä materiaalia sähkökontaktilta tai kemialliselta vuorovaikutukselta ympäröivien esineiden kanssa.

PÄÄTELMÄ

Vaikka fullereeneilla on lyhyt historia, tämä tieteenala kehittyy nopeasti ja houkuttelee yhä enemmän uusia tutkijoita. Tämä tieteenala sisältää kolme aluetta: fullereenifysiikka, fullereenikemia ja fullereeniteknologia.

Fullereenien fysiikka tutkii fullereenien ja niiden yhdisteiden rakenteellisia, mekaanisia, sähköisiä, magneettisia ja optisia ominaisuuksia eri faasitiloissa. Tämä sisältää myös näiden yhdisteiden hiiliatomien välisen vuorovaikutuksen luonteen tutkimuksen, fullereenimolekyylien spektroskopian, fullereenimolekyyleistä koostuvien järjestelmien ominaisuuksien ja rakenteen. Fullereenifysiikka on fullereenien alan edistynein ala.

Fullereenien kemia liittyy uusien kemiallisten yhdisteiden luomiseen ja tutkimiseen, jotka perustuvat suljettuihin hiilimolekyyleihin, ja tutkii myös kemiallisia prosesseja, joihin ne osallistuvat. On huomattava, että käsitteiden ja tutkimusmenetelmien suhteen tämä kemian alue eroaa perustavanlaatuisesti perinteisestä kemiasta monessa suhteessa.

Fullereenitekniikka sisältää sekä fullereenin tuotantomenetelmät että niiden erilaiset sovellukset.

KIRJASTUS

1. Sokolov V. I., Stankevich I. V. Fullereenit - hiilen uudet allotrooppiset muodot: rakenne, elektronirakenne ja kemialliset ominaisuudet // Advances in Chemistry, osa 62 (5), s. 455, 1993.

2. Fullereenitutkimuksen uudet suunnat//UFN, v. 164 (9), s. 1007, 1994.

3. Eletsky A.V., Smirnov B.M. Fullereenit ja hiilen rakenteet//UFN, v. 165 (9), s. 977, 1995.

4. Zolotukhin I.V. Fulleriitti on uusi hiilen muoto // SOZH nro 2, s. 51, 1996.

5. Masterov V.F. Fullereenien fysikaaliset ominaisuudet / / SOZH nro 1, s. 92, 1997.

6. Lozovik Yu.V., Popov A.M. Hiilen nanorakenteiden muodostuminen ja kasvu - fullereenit, nanopartikkelit, nanoputket ja kartiot//UFN, v. 167 (7), s. 151, 1997/

7. Eletsky A.V. .Carbon nanotubes//UFN, v.167(9), s.945, 1997.

8. Smalley R.E. Discovering fullerenes//UFN, v.168 (3), s.323, 1998.

9. Churilov G.N. Katsaus fullereenien hankintamenetelmiin // Materiaalit 2. alueidenvälisestä konferenssista, johon osallistui kansainvälinen osallistuminen "Ultrafine pulveris, nanostructures, materials", Krasnojarsk, KSTU, 5.-7.10.1999. alkaen. 77-87.

10. Belov N.N. et al. Fullereenien synteesin aikana muodostuneen katodin pinnan rakenne // Aerosols, osa 4f, N1, 1998, s. 25-29

11. S. M. Jarkov,. Titarenko Ya.N., Churilov G.N. Elektron-mikroskooppitutkimukset FCC-hiilihiukkasista// Carbon, v. 36, nro 5-6, 1998, s. 595-597

12. Kashkin V.B., Rubleva T.V., Kashkina L.V., Mosin R.A. Hiilihiukkasten elektronimikroskooppisten kuvien digitaalinen käsittely fullereenia sisältävässä noessa // Proceedings of the 2nd interregional Conference with international Osallistu "Ultrafine pulveris, nanostructures, materials", Krasnojarsk, KSTU, 5.-7.10.1999. alkaen. 91-92

Vuonna 1985 löydettiin 60 hiiliatomin molekyyli, joka oli järjestetty jalkapallon tapaan - fullereeni, joka on nimetty insinööri Richard Fullerin mukaan, joka tuli tunnetuksi juuri tällaisen muotoisista malleista. Hämmästyttävän symmetrisen muotonsa lisäksi tämä molekyyli, joka on kolmas (timantin ja grafiitin jälkeen) allotrooppinen hiilen muoto, osoittautui eräänlaiseksi alkemistien filosofien kiveksi.

Viime aikoihin asti se ei koskaan lakkaa hämmästyttämästä tutkijoita erittäin alhaisella myrkyllisyydellään (etenkin verrattuna johonkin nanoputkien kaltaiseen) ja muilla hämmästyttävillä ominaisuuksilla. Fullereenien ja solujen vuorovaikutuksen mekanismit eivät ole vielä selvillä, mutta tulosta voidaan todella kutsua taikoksi.

Tässä on kaikkea muuta kuin täydellinen luettelo niistä ominaisuuksista, jotka kiinnostuivat lääkäreitä ja biologeja. Fullereenia ja sen johdannaisia ​​voidaan käyttää:

  • suojaa kehoa säteilyltä ja ultraviolettisäteilyltä;
  • suojaamaan viruksilta ja bakteereilta;
  • suojaamaan allergioilta. Siten in vivo -kokeissa fullereenijohdannaisten lisääminen inhiboi anafylaksiaa hiirillä, eikä mitään myrkyllistä vaikutusta havaita;
  • immuunijärjestelmää stimuloivana aineena;
  • tehokkaana antioksidanttina, koska se on aktiivinen radikaalien sieppaaja. Fullereenin antioksidanttivaikutus on verrattavissa SkQ-luokan antioksidanttien ("Skulachev-ionien") toimintaan ja on 100–1000 kertaa suurempi kuin tavanomaisten antioksidanttien, kuten E-vitamiinin, butyylihydroksitolueenin, β-karoteenin, vaikutus;
  • lääkkeinä syövän torjuntaan;
  • angiogeneesin inhiboimiseksi;
  • suojella aivoja alkoholilta;
  • stimuloida hermojen kasvua;
  • stimuloimaan ihon uusiutumisprosesseja. Siten fullereeni on tärkeä komponentti kosmeettisissa nuorentavissa aineissa GRS ja CEFINE;
  • stimuloida hiusten kasvua;
  • amyloidilääkkeenä.

Lisäksi fullereenia voidaan käyttää erilaisten lääkkeiden kuljettamiseen soluun ja geneettisten vektorien ei-viraaliseen kuljettamiseen solun tumaan.

Näyttää siltä, ​​​​että tätä luetteloa voitaisiin laajentaa, mutta äskettäin sitä on täydennetty yhdellä, ehkä hämmästyttävimmällä ja käsittävimmällä C60-fullereenilaadulla. Oliiviöljyyn liuenneen C60-fulereenin myrkyllisyyttä koskevassa tutkimuksessa ranskalaiset tutkijat havaitsivat, että säännöllisesti C60-fullereeniliuoksella ruokitut rotat elävät pidempään kuin ne, joille vain oliiviöljyä tai säännöllistä ruokavaliota. (Lyhyt uudelleenkertomus löytyy artikkelista "Oliiviöljy fullereenilla - nuoruuden eliksiiri?" - VM.)

Liukeneminen öljyyn lisää jyrkästi C60-fulereenin tehokkuutta, koska sen suuret aggregaatit (vähintään 16 molekyyliä) eivät pysty tunkeutumaan soluihin.

Samaan aikaan elinajanodote ei kasvanut noin 20-30%, kuten kokeissa parhailla "vanhuuden lääkkeillä" (kuten resveratroli tai rapamysiini), mutta vähintään kaksi kertaa! Puolet fullereenilla hoidetuista eläimistä eli jopa 60 kuukautta (vanhin rotta 5,5 vuotta). Samaan aikaan vertailuryhmässä (normaaliruokavaliolla) 50 %:lla eläimistä elinajanodote oli 30 kuukautta, ja vanhimmat eli vain 37 kuukautta. Fullereenittomalla oliiviöljyllä käsitellyt eläimet elivät hieman pidempään - 50 % heistä eli 40 kuukauteen ja vanhin rotta 58 kuukauteen.

Eloonjäämiskaavio rotista, joita hoidettiin: normaaliruokavaliolla (sininen viiva), ruokavalion lisäksi oliiviöljyllä (punainen) ja oliiviöljyllä, johon on liuotettu C60 fullereenia (musta viiva). Piirustus kohteesta.

Artikkelin kirjoittajat katsovat C60-fulereenin elämää antavan vaikutuksen sen antioksidanttisten ominaisuuksien ansioksi. On kuitenkin mahdollista, että se voi liittyä C60-fulereenin kykyyn olla vuorovaikutuksessa A-vitamiinin kanssa. Tiedetään, että retinoideilla (mukaan lukien A-vitamiini) on tärkeä rooli immuunijärjestelmän avaingeenien ilmentymisessä ja että retinoidien paikallisella synteesillä näyttää olevan keskeinen rooli alkion synnyn ja regeneraation säätelyssä.

Valitettavasti nämä kokeet suoritettiin pienillä eläinryhmillä, ja siksi ne vaativat huolellisen todentamisen. Ottaen huomioon, että Venäjällä valmistettu puhdistettu C60-fullereeni maksaa vain noin 1800 ruplaa grammaa kohden, ei ole niin vaikeaa toistaa näitä kokeita, selventää annostuksia ja "hoidon" kestoa. Toinen on vaikeampi. Onko tämä "vanhuuden terapia" yhtä tehokas ihmisille? Loppujen lopuksi ihmiset eivät ole rottia, ja on olemassa kymmeniä esimerkkejä lääkkeestä, joka on erittäin tehokas hiirillä tehdyissä kokeissa, osoittautui täysin hyödyttömäksi (jos ei haitalliseksi!) Kun tutkimukset menivät klinikalle. No, aika näyttää. Olisi myös mielenkiintoista verrata C60-fulreenin elinikää pidentävää aktiivisuutta sen lukuisiin vesiliukoisiin analogeihin, jotka on syntetisoitu Venäjällä äskettäin.

Perustuu alkuperäiseen artikkeliin.

Kirjallisuus

  1. A.V. Jeletsky, B.M. Smirnov. (1993). Fullereenit. UFN 163 (nro 2), 33–60;
  2. Mori T. et ai. (2006). Prekliiniset tutkimukset fullereenin turvallisuudesta akuutissa oraalisessa annostelussa ja mutageneesittomuuden arviointi. Toxicology 225, 48–54;
  3. Szwarc H, Moussa F. (2011). 60fullereenin toksisuus: hämmennys tieteellisessä kirjallisuudessa. J. Nanosci. Lett. 1, 61–62;
  4. biomolekyyli: "Näkymätön raja: missä "nano" ja "bio" törmäävät";
  5. Marega R., Giust D., Kremer A., ​​​​Bonifazi D. (2012). Fullereenien ja hiilinanoputkien supramolekulaarinen kemia rajapinnoissa: kohti sovelluksia. Supramolecular Chemistry of Fullerenes and Carbon Nanotubes (toim. N. Martin ja J.-F. Nierengarten), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Saksa;
  6. Piotrovsky L.B. (2010). Nanomelääketiede osana nanoteknologiaa. Vestnik RAMN 3, 41–46;
  7. Theriot C.A., Casey R.C., Moore V.C., Mitchell L., Reynolds J.O., Burgoyne M., et ai. (2010). Dendrofullereeni DF-1 tarjoaa säteilysuojan säteilyherkille nisäkässoluille. Säteily. Ympäristö. Biophys. 49, 437-445;
  8. Andrievski G.V., Bruskov V.I., Tykhomyrov A.A., Gudkov S.V. (2009). Hydratoitujen C60 fullereeninanorakenteiden antioksidanttisten ja radiosuojaavien vaikutusten erityispiirteet in vitro ja in vivo. Vapaa radikaali. Biol. Med. 47, 786-793;
  9. Mashino T., Shimotohno K., Ikegami N., et ai. (2005). Ihmisen immuunikatoviruksen käänteiskopioijaentsyymin esto ja fullereenijohdannaisten RNA-riippuvainen RNA-polymeraasin estoaktiivisuus. Bioorg. Med. Chem. Lett. 15, 1107-1109;
  10. Lu Z.S., Dai T.H., Huang L.Y., et ai. (2010). Fotodynaaminen hoito kationisella funktionalisoidulla fullereenilla pelastaa hiiret tappavilta haavainfektioilta. Nanomedicine 5, 1525–1533;
  11. John J.R., Bateman H.R., Stover A., ​​Gomez G., Norton S.K., Zhao W. et ai. (2007). Fullereeninanomateriaalit estävät allergisen vasteen. J. Immunol. 179, 665 - 672;
  12. Xu Y.Y., Zhu J.D., Xiang K., Li Y.K., Sun R.H., Ma J. et ai. (2011). 60fullereeni-tuftsiinikonjugaattien synteesi ja immunomodulatorinen aktiivisuus. Biomaterials 32, 9940–9949;
  13. Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M. et ai. (2005). Fullereeni on voimakas antioksidantti in vivo ilman akuuttia tai subakuuttia toksisuutta. Nano Lett. 5, 2578–2585;
  14. Chen Z., Ma L., Liu Y., Chen C. (2012). Funktionalisoitujen fullereenien sovellukset tuumoriterapiassa. Theranostics 2, 238-250;
  15. Jiao F., Liu Y., Qu Y. et ai. (2010). Tutkimukset fullerenolin kasvainten vastaisista ja antimetastaattisista vaikutuksista hiiren rintasyöpämallissa. Carbon 48, 2231–2243;
  16. Meng H., Xing G.M., Sun B.Y., Zhao F., Lei H., Li W. et ai. (2010). Tehokas angiogeneesin esto fullereenijohdannaisten hiukkasmuodolla. ACS Nano, 4, 2773–2783;
  17. Tykhomyrov A.A., Nedzvetsky V.S., Klochkov V.K., Andrievsky G.V. (2008). Hydratoidun C60 fullereenin (C60HyFn) nanorakenteet suojaavat rotan aivoja alkoholivaikutuksilta ja heikentävät alkoholisoitujen eläinten käyttäytymishäiriöitä. Toxicology 246, 158–165;
  18. Grigorjev V.V., Petrova L.N., Ivanova T.A., et ai. ja Bachurin S.O. (2011). Tutkimus C60-fullereeniin perustuvien hybridirakenteiden neuroprotektiivisesta vaikutuksesta. Izv. RAS Biological series 2, 163–170;
  19. Zhou Z.G., Lenk R., Dellinger A., ​​​​MacFarland D., Kumar K., Wilson S.R., et ai. (2009). Fullereeninanomateriaalit tehostavat hiusten kasvua. nanomed. Nanotekniikka. Biol. Med. 5, 202–207;
  20. Bobylev A.G., Kornev A.B., Bobyleva L.G., Shpagina M.D., Fadeeva I.S., Fadeev R.S., et ai. (2011). Fullerenolaatit: metalloidut polyhydroksyloidut fullereenit, joilla on voimakas antiamyloidivaikutus. Org. Biomol. Chem. 9, 5714–5719;
  21. biomolekyyli: "Tulevaisuuden nanolääketiede: transdermaalinen annostelu nanopartikkeleita käyttäen";
  22. Montellano A., Da Ros T., Bianco A., Prato M. (2011). Fullereeni C(60) monikäyttöisenä järjestelmänä lääkkeiden ja geenien kuljettamiseen. Nanoasteikko 3, 4035–4041;
  23. Kuznetsova S.A., Oretskaya T.S. (2010). Nanokuljetusjärjestelmät nukleiinihappojen kohdennettuun kuljettamiseen soluihin. Russian Nanotechnologies 5 (nro 9–10), 40–52;
  24. Baati T., Bourasset F., Gharb N. et ai. (2012) Rottien eliniän pidentäminen toistuvalla oraalisella 60fullereeni-annoksella. Biomaterials 33, 4936–4946;
  25. Piotrovsky L.B., Eropkin M.Yu., Eropkina E.M., Dumpis M.A., Kiselev O.I. (2007). Fullereenien biologisen vaikutuksen mekanismit - riippuvuus aggregaatiotilasta. Psychopharmacology and Biological Narcology 7 (nro 2), 1548–1554;
  26. Moussa F., Roux S., Pressac M., Genin E., Hadchouel M., Trivin F. et ai. (1998). In vivo -reaktio 60fullereenin ja A-vitamiinin välillä hiiren maksassa. Uusi J. Chem. 22, 989–992;
  27. Linney E., Donerly S., Mackey L., Dobbs-McAuliffe B. (2001). Retinoiinihapporeseptorien negatiivinen puoli. Neurotoksikoli Teratol. 33, 631-640;
  28. Gudas L.J. (2012). Retinoidien nousevat roolit regeneraatiossa ja erilaistumisessa normaaleissa ja sairaustiloissa. Biochim Biophys Acta 1821, 213–221.

Portaali "Ikuinen nuoriso"

fullereenit Tämän käsitteen yleisimmässä merkityksessä voidaan nimetä kokeellisesti saatuja ja hypoteettisia molekyylejä, jotka koostuvat yksinomaan hiiliatomeista ja joilla on kupera monitahoinen muoto. Hiiliatomit sijaitsevat kärjeissään, ja C-C-sidokset kulkevat reunoja pitkin.

Fullereeni on hiilen molekyylimuoto. Yleinen määritelmä on se fullereenit, jotka ovat kiinteässä tilassa, kutsutaan fulleriitit. Fulleriitin kiderakenne on fullereenimolekyylien jaksollinen hila, ja kiteisessä fulleriitissa fullereenimolekyylit muodostavat fcc-hilan.

Fullereeni on kiinnostanut tähtitiedettä, fysiikkaa, biologiaa, kemiaa, geologiaa ja muita tieteitä 1990-luvun alusta lähtien. Fullerenille uskotaan upeita lääketieteellisiä ominaisuuksia: esimerkiksi fullereenia on väitetysti jo alettu käyttää kosmetiikassa nuorentavana aineena kosmetologiassa. Fullereenin avulla he aikovat taistella syöpää, HIV:tä ja muita valtavia sairauksia vastaan. Samaan aikaan näiden tietojen uutuus, vähän tutkittu ja nykyaikaisen tietotilan erityispiirteet eivät vielä salli sataprosenttisesti luottaa sellaiseen fullereeniin liittyvään tietoon.

ICM (www.verkkosivusto)

Hyvin yksinkertaistettu näkemys on laajalle levinnyt, että ennen fullereenin löytämistä hiilestä oli kaksi polymorfista modifikaatiota - grafiitti ja timantti, ja vuoden 1990 jälkeen niihin lisättiin toinen allotrooppinen hiilen muoto. Itse asiassa näin ei ole, koska hiilen olemassaolon muodot ovat yllättävän erilaisia ​​(katso artikkeli).

Fullereenien löydön historia

Kirjoittajaryhmä, jota johtaa L.N. Sidorova tiivisti monografiaan "Fullerenes" suuren määrän teoksia tästä aiheesta, vaikkakaan ei kaikkia: kirjan julkaisuhetkellä fullereeneille omistettujen julkaisujen kokonaismäärä oli noin 15 tuhatta. Kirjoittajien mukaan fullereenien löytäminen- Hiilen uusi olemassaolomuoto - yksi planeettamme yleisimmistä alkuaineista - tunnustetaan yhdeksi 1900-luvun tieteen tärkeimmistä löydöistä. Huolimatta hiiliatomien pitkään tunnetusta ainutlaatuisesta kyvystä sitoutua monimutkaisiin haaroittuneisiin ja tilaa vieviin molekyylirakenteisiin, joka on kaiken orgaanisen kemian perusta, mahdollisuus muodostaa stabiileja runkomolekyylejä vain yhdestä hiilestä osoittautui kuitenkin odottamattomaksi. Tietojen mukaan kokeellinen vahvistus sille, että tämän tyyppisiä 60 tai useamman atomin molekyylejä voi syntyä luonnossa luonnossa esiintyvien prosessien aikana, saatiin vuonna 1985, mutta kauan ennen sitä oletettiin jo suljetun hiilipallon omaavien molekyylien stabiilisuutta. .

Fullereenin tunnistus liittyvät suoraan hiilen sublimaatio- ja kondensaatioprosessien tutkimukseen.

Uusi vaihe sisään fullereenit tuli vuonna 1990, jolloin kehitettiin menetelmä uusien yhdisteiden saamiseksi grammoina ja kuvattiin menetelmä fullereenien eristämiseksi puhtaassa muodossa. Sen jälkeen määritettiin C60-fulereenin tärkeimmät rakenteelliset ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet. C60-isomeeri (buckminsterfullereeni) on helpoimmin muodostuva yhdiste tunnetuista fullereeneista. Fullerene C60 sai nimensä futuristisen arkkitehdin Richard Buckminster Fullerin kunniaksi, joka loi rakenteita, joiden kupurunko koostui viisikulmioista ja kuusikulmioista. Samaan aikaan tutkimusprosessissa heräsi tarve yleistävälle nimelle fullereenit tilavuusrakenteille, joissa on suljettu pinta (hiilirunko), niiden monimuotoisuuden vuoksi.

On myös syytä huomata, että koko joukko hiilimateriaaleja on nimetty Buckminster Fullerin mukaan: c60 fullereenia (buckminster fullereenia) kutsutaan myös buckyballiksi (Buckminster Fuller ei pitänyt nimestä "Buckminster" ja suosi lyhennettä "Bucky"). Lisäksi hiilinanoputkia - buckityubes, munanmuotoisia fullereeneja - buckyegg (buckyball muna) jne. kutsutaan joskus samalla etuliitteellä.

ICM (www.verkkosivusto)

Fullereenien ominaisuudet. Fulleriitti

Fullereeniominaisuudet riittämättömästi tutkittu objektiivisista syistä: suhteellisen pienellä määrällä laboratorioita on mahdollisuus tutkia näitä ominaisuuksia. Mutta aikakauslehdissä ja populaarilehdissä on kiinnitetty niin paljon huomiota fullereeneihin ja niiden ominaisuuksiin... Usein todentamaton tieto fullereenien ihmeominaisuuksista leviää hämmästyttävällä nopeudella ja valtavassa mittakaavassa, minkä seurauksena heikko ääni kieltäytymisestä jää kuulematta. Esimerkiksi erään tutkijaryhmän väite, jonka mukaan fullereeneja on šungiitissa, on toistuvasti vahvistettu, mutta sitä ei ole vahvistettu (katso keskustelu). Siitä huolimatta šungiittia pidetään nykyään "luonnollisena nanoteknologisena fullereenia sisältävänä materiaalina" - lausunto, joka on mielestäni enemmän kuin markkinointitemppu.

Jotkut tutkijat väittävät, että fullereenien hälyttävä ominaisuus on myrkyllisyys.

Yleensä kun puhutaan fullereenien ominaisuudet tarkoittavat niiden kiteistä muotoa - fulleriitteja.

Merkittävä eroavaisuus fullereenikiteitä monien muiden orgaanisten aineiden molekyylikiteistä, koska ne eivät pysty havaitsemaan nestefaasi. Ehkä tämä johtuu siitä, että lämpötila on 1200 K siirtyminen nestemäiseen tilaan, joka johtuu C 60 fulleriittista, ylittää jo arvon, jolloin itse fullereenimolekyylien hiilirunko tuhoutuu huomattavasti.

Tietojen mukaan fullereenien ominaisuudet Poikkeuksellisen korkea stabiilisuus, josta on osoituksena fullereeneihin liittyvien prosessien tutkimustulokset, on yksi niistä. Erityisesti kirjoittaja huomauttaa siitä kiteinen fullereeni esiintyy stabiilina aineena 1000 - 1200 K lämpötiloihin asti, mikä selittyy sen kineettisellä stabiilisuudella. Totta, tämä koskee C60-fullereenimolekyylin stabiilisuutta inertissä argonilmakehässä, ja hapen läsnä ollessa havaitaan merkittävää hapettumista jo 500 K:ssa CO:n ja CO 2:n muodostuessa.

Työ on omistettu C60- ja C70-fuleriittien sähköfysikaalisten ja termodynaamisten ominaisuuksien kattavaan tutkimukseen äärimmäisen iskukuormituksen olosuhteissa.

Joka tapauksessa, kun keskustellaan fullereenien ominaisuuksista, on tarpeen täsmentää, mitä yhdistettä tarkoitetaan - C20, C60, C70 tai jotain muuta, luonnollisesti näiden fullereenien ominaisuudet ovat täysin erilaisia.

Tällä hetkellä fullereenit С60, С70 ja fullereenia sisältäviä tuotteita valmistavat ja tarjoavat myyntiin useat ulkomaiset ja kotimaiset yritykset ostaa fullereeneja ja olla kiireinen tutkimalla fullereenien ominaisuuksia teoriassa kuka tahansa voi. Fullereenit C60 ja C70 tarjotaan hinnoilla, jotka vaihtelevat 15–210 dollaria grammaa kohden ja enemmänkin tyypistä, puhtaudesta, määrästä ja muista tekijöistä riippuen. Fullereenien valmistus ja myynti »

Fullereenit valuraudoissa ja teräksissä

Olettaen olemassaolon fullereenit ja fullereenirakenteet rauta-hiili-seoksissa, silloin niiden pitäisi vaikuttaa merkittävästi terästen ja valuraudan fysikaalisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin osallistuen rakenteellisiin ja vaiheisiin muutoksiin.

ICM (www.verkkosivusto)

Rauta-hiilimetalliseosten kiteytymismekanismeihin on pitkään kiinnitetty erityistä huomiota näiden prosessien tutkijoilta. Artikkelissa käsitellään mahdollisia nodulaarisen grafiitin muodostumismekanismeja lujassa valuraudassa ja sen rakenteen ominaisuuksia, ottaen vain huomioon rauta-hiiliseosten fullereeniluonne. Kirjoittaja kirjoittaa, että "fullereenien ja fullereeneihin perustuvien rakenteiden löytämisen myötä useissa töissä on yritetty selittää näihin rakenteisiin perustuvan nodulaarisen grafiitin muodostumismekanismia."

Teoksessa tarkastellaan saavutuksia fullereenikemian alalla ja yleistetään "uusia ideoita rauta-hiilisulamien rakenteesta". Kirjoittaja väittää, että hiilen molekyylimuoto on fullereenit С60- hän tunnistaa klassisen metallurgian menetelmillä sulatetuissa rauta-hiili-seoksissa, ja paljastaa myös kolme mahdollista ulkonäkömekanismia fullereeneja terästen ja valurautojen rakenteessa:

  • fullereenien siirtyminen sulatteeksi fullereenia sisältävästä panoksesta metallurgisten prosessien aikana metalliseosten saamiseksi;
  • fullereenien muodostuminen primaarisen kiteytyksen aikana;
  • lämpövaikutusten alaisena tapahtuvien rakenteellisten ja faasimuutosten seurauksena.

    Kerran, 5 vuotta sitten, valitsimme fullereeni ja kuusikulmio www.site-sivuston logona, symbolina viimeisimmistä saavutuksista rauta-hiilisulaiden tutkimuksen alalla, symbolina Fe-C-sulan muuntamiseen liittyvistä uusista kehityssuunnista ja löydöistä - an nykyaikaisen valimon ja pienmetallurgian olennainen vaihe.

    • Lit.:

    1. Sidorov L.N., Yurovskaya M.A. ja muut Fullereenit: Oppikirja. M.: Kustantaja "Exam", 2005. - 688 s. (Sarja "Oppikirja lukioille")
    2. Levitsky M.M., Lemenovsky D.A. Fullereeni // Kummallisia faktoja kemian historiasta [Sähköinen resurssi], 2005-2012. - Pääsytila: http://www.xenoid.ruu, ilmainen. - Zagl. näytöltä.
    3. Davydov S.V. Nodulaarisen grafiitin kiteytyminen sulassa pallografiittiraudassa // M.: Hankintatuotanto koneenrakennuksessa, 2008, nro 3. - alkaen. 3-8.
    4. Dunaev A., Shaporev A., valvonnassa. Avdeeva A.A. Rikas hiilimateriaalien perhe // Nanoteknologiayhteisö Nanometer [elektroninen resurssi], 2008 - Käyttötila: http://www.nanometer.ru, ilmainen. - Zagl. näytöltä.
    5. Zakirnichnaya M.M. Fullereenien muodostuminen hiiliteräksissä ja valuraudoissa kiteytymisen aikana ja lämpövaikutukset: Dis... tohtori. nuo. tieteet; 05.02.01. - Ufa: UGNTU. - 2001.
    6. Eletsky A.V., Smirnov V.M. Fullereenit // UFN, 1993. - Nro 2. - P.33-58.
    7. Avdonin V.V. C60- ja C70-fuleriittien sähköfysikaaliset ja termodynaamiset ominaisuudet korkeissa iskunpuristuspaineissa: Tiivistelmä opinnäytetyöstä. dis... cand. nuo. tieteet; 01.04.17. - Chernogolovka: Kemiallisen fysiikan ongelmien instituutti RAS. - 2008.
    8. Zolotukhin I.V. Fulleriitti - uusi hiilen muoto // Kemia. - 1996.
    9. Palii N.A. Fullereeni. Silver jubilee // Nanotechnological Community Nanometer [Elektroninen resurssi], 2010. - Käyttötila: http://www.nanometer.ru, ilmainen. - Zagl. näytöltä.
    10. Godovsky D.A. Fullereenien muodostuminen valuraudan kiteytymisen aikana: Tiivistelmä opinnäytetyöstä. dis... cand. nuo. tieteet; 05.02.01. - UFA. - 2000.
    11. A. Isakovic. Koskemattoman ja hydroksyloidun fullereenin erilliset sytotoksiset mekanismit / A. Isacovic, Z. Markovic, B. Todorovic, N. Nikolic, S. Vranjes-Djuric, M. Mirkovic, M. Dramicanin, L. Harhaji, N. Raicevic, Z. Nikolic , V. Trajkovic // Toxicological Sciences 91(1), 173–183 (2006)
    12. Borshchevsky A.Ya. Fullerenes / Borshchevsky A.Ya., Ioffe I.N., Sidorov L.N., Troyanov S.I., Yurovskaya M.A. // Nanoteknologiayhteisö Nanometer [Elektroninen resurssi], 2007. - Käyttötila: http://www.nanometer.ru, ilmainen. - Zagl. näytöltä.

    Fullereeneja esiintyy kaikkialla luonnossa, ja erityisesti siellä, missä on hiiltä ja korkeaa energiaa. Niitä esiintyy lähellä hiilitähtiä, tähtienvälisessä avaruudessa, paikoissa, joissa salama iskee, lähellä tulivuoren kraattereita ja muodostuu, kun kaasua poltetaan kodin kaasuliesissä tai tavallisen sytyttimen liekissä.

    Fullereeneja löytyy myös muinaisten hiilikivien kertymispaikoista. Erityinen paikka kuuluu Karjalan mineraaleille - šungiitille. Nämä kivet, jotka sisältävät jopa 80 % puhdasta hiiltä, ​​ovat noin 2 miljardia vuotta vanhoja. Niiden alkuperän luonne ei ole vielä selvä. Yksi oletuksista on suuren hiilimeteoriitin putoaminen.

    Fullereenit šungiiteissa (fullereenit šungiittikivessä) on aihe, josta keskustellaan laajasti monissa painetuissa julkaisuissa ja Internet-sivustojen sivuilla. Tästä asiasta on monia ristiriitaisia ​​mielipiteitä, joiden yhteydessä sekä šungiittituotteiden lukijoilla että käyttäjillä on paljon kysymyksiä. Sisältävätkö šungiitit todella hiilen molekyylimuotoa – fullereeneja? Sisältävätkö lääkkeet "Marcial Waters" fullereeneja? Onko mahdollista juoda šungiitilla infusoitua vettä, ja mitä hyötyä siitä on? Erilaisten šungiittien ominaisuuksien tieteellisestä tutkimuksesta saatujen kokemusten perusteella esittelemme alla mielipiteemme näistä ja joistakin muista usein kysytyistä kysymyksistä.

    Tällä hetkellä karjalaisista šungiiteista valmistetut tuotteet ovat yleistyneet. Nämä ovat erilaisia ​​vedenkäsittelysuodattimia, pyramideja, riipuksia, sähkömagneettiselta säteilyltä suojaavia tuotteita, tahnoja ja yksinkertaisesti shungiittimurskaa ja monia muita tuotteita, joita tarjotaan ennaltaehkäisevänä, terapeuttisena ja terveyttä parantavana keinona. Samanaikaisesti viime vuosina erityyppisten shungiittien parantavat ominaisuudet on yleensä katsottu niiden sisältämiin fullereeneihin.

    Pian sen jälkeen, kun fullereenit löydettiin vuonna 1985, niitä alettiin aktiivisesti etsiä luonnosta. Karjalan šungiitista on löydetty fullereeneja, kuten useissa tieteellisissä julkaisuissa kerrotaan. Olemme puolestaan ​​kehittäneet vaihtoehtoisia metodologisia lähestymistapoja fullereenien eristämiseksi šungiiteista ja niiden läsnäolon osoittamiseksi. Tutkimuksissa analysoitiin näytteitä, jotka on otettu Zaonezhjen eri alueilta, joissa esiintyy šungiittikiviä. Ennen analysointia šungiittinäytteet murskattiin mikrodispersiotilaan.

    Muista, että šungiitit ovat harjakattoinen silikaattihila, jonka ontelot on täytetty shungiittihiilellä, joka rakenteessa on välituote amorfisen hiilen ja grafiitin välillä. Myös shungiittihiilessä on luonnollisia orgaanisia pieni- ja korkeamolekyylipainoisia yhdisteitä (NONVS), joiden kemiallinen koostumus on tuntematon. Shungiitit eroavat mineraalipohjan (aluminosilikaatti, piipitoinen, karbonaatti) ja šungiittihiilen koostumuksesta. Shungiitit jaetaan vähähiiliseen (jopa 5 % C), keskihiilipitoiseen (5-25 % C) ja korkeahiiliseen (25-80 % C). Tuhkassa olevan šungiitin täydellisen palamisen jälkeen löytyy piin lisäksi Fe, Ni, Ca, Mg, Zn, Cd, V, Mo, Cu, Ce, As, W ja muita alkuaineita.

    Sungiittihiilessä oleva fullereeni on erityisten, polaaristen luovuttaja-akseptorikompleksien muodossa PONVS:n kanssa. Siksi fullereenien tehokasta uuttamista siitä orgaanisilla liuottimilla, esimerkiksi tolueenilla, jossa fullereenit ovat hyvin liukoisia, ei tapahdu, ja tällaisen uuttomenetelmän valinta johtaa usein ristiriitaisiin tuloksiin fullereenien todellisesta esiintymisestä šungiitissa. .

    Tässä suhteessa olemme kehittäneet menetelmän šungiitin vesi-detergenttidispersion ultraääniuutosta, mitä seuraa fullereenien siirto polaarisesta väliaineesta orgaaniseen liuotinfaasiin. Useiden uutto-, väkevöinti- ja puhdistusvaiheiden jälkeen on mahdollista saada heksaaniliuos, jonka UV- ja IR-spektrit ovat luonteenomaisia ​​puhtaan C60-fulereenin spektreille. Myös selkeä signaali massaspektrissä m/z = 720 (kuva alla) on yksiselitteinen vahvistus vain С60 fullereenin esiintymisestä šungiiteissa.

    252 Cf-PD šungiittiuutteen massaspektri. Signaali 720 a.m.u. on C60 fullereeni ja signaalit 696, 672 ovat tyypillisiä fragmentaatio-C60 fullereeni-ioneja, jotka muodostuvateissa.

    Huomasimme kuitenkin, että kaikki šungiittinäytteet eivät sisällä fullereeneja. Kaikista Venäjän tiedeakatemian Karjalan tiedekeskuksen Geologian Instituutin (Petrosavodsk, Venäjä) meille toimittamista šungiittikivien eri esiintymisalueilta valituista šungiittinäytteistä C 60 fullereenia löytyi vain yhdestä runsashiilinen shungiitti, joka sisältää yli 80 % hiiltä. Lisäksi se sisälsi noin 0,04 paino-% %. Tästä voimme päätellä, että kaikki šungiittinäytteet eivät sisällä fullereenia, ainakaan sen määrän, joka on käytettävissä sen havaitsemiseksi nykyaikaisilla erittäin herkillä fysikaalisilla ja kemiallisilla analyysimenetelmillä.

    Tämän lisäksi on tunnettua, että šungiitit voivat sisältää melko paljon epäpuhtauksia, mukaan lukien raskaiden moniarvoisten metallien ioneja. Ja siksi šungiitilla infusoitu vesi voi sisältää ei-toivottuja, myrkyllisiä epäpuhtauksia.

    Mutta miksi sitten Marcial-vedellä (Karjalan luonnonvesi, joka kulkee šungiittipitoisten kivien läpi) on niin ainutlaatuisia biologisia ominaisuuksia. Muista, että jo Pietari I:n aikana ja hänen henkilökohtaisesta aloitteestaan ​​avattiin Karjalassa parantava lähde "Marcial Waters" (katso tarkemmin). Pitkään aikaan kukaan ei voinut selittää syytä tämän lähteen erityisiin parantaviin ominaisuuksiin. Oletettiin, että näiden vesien lisääntynyt rautapitoisuus on syy parantaviin vaikutuksiin. Maapallolla on kuitenkin monia rautaa sisältäviä lähteitä, mutta niiden saannin parantavat vaikutukset ovat yleensä melko rajallisia. Vasta sen jälkeen, kun fullereeni löydettiin šungiittikivistä, joiden läpi lähde virtaa, syntyi oletus, että fullereeni on pääsyy, kamppailuvesien terapeuttisen vaikutuksen huipentuma.

    Pitkään "pestyn" šungiittikiven kerrosten läpi kulkeva vesi ei todellakaan sisällä huomattavia määriä haitallisia epäpuhtauksia. Vesi on "kyllästetty" rakenteella, jonka kivi antaa sille. Šungiitin sisältämä fullereeni myötävaikuttaa vesirakenteiden järjestymiseen ja fullereenin kaltaisten hydraattiklustereiden muodostumiseen siinä sekä ainutlaatuisten Martial-vesien biologisten ominaisuuksien hankkimisessa. Fullereenilla seostettu šungiitti on eräänlainen luonnollinen rakennemuuttaja sen läpi kulkevalle vedelle. Samaan aikaan kukaan ei ole vielä kyennyt havaitsemaan fullereeneja Martial-vesistä tai šungiitin vesiinfuusiosta: joko niitä ei huuhtoudu ulos šungiitista tai jos ne huuhtoutuvat pois, niin niin niukkoja määriä, joita ei havaita. millä tahansa tunnetuista menetelmistä. Lisäksi on hyvin tunnettua, että fullereenit eivät liukene itsestään veteen. Ja jos fullereenimolekyylejä sisältyisi Martial-veteen, sen hyödylliset ominaisuudet säilyisivät hyvin pitkään. Se on kuitenkin aktiivinen vain lyhyen aikaa. Klusterilla, jäämäisillä rakenteilla kyllästetyn "sulaveden" lisäksi Marcial-vesi, joka sisältää elämää antavia fullereenimaisia ​​rakenteita, säilyttää ominaisuutensa vain muutaman tunnin. Säilytettäessä Martial-vettä, samoin kuin "sulatettua vettä", tilatut vesiklusterit tuhoutuvat itsestään ja vesi saa rakenteellisia ominaisuuksia, kuten tavallinen vesi. Siksi ei ole järkevää kaataa tällaista vettä astioihin ja säilyttää sitä pitkään. Siitä puuttuu rakennetta muodostava ja rakennetta tukeva elementti, hydratoitunut C60 fullereeni, joka pystyy ylläpitämään järjestyneitä vesiklustereita mielivaltaisen pitkään. Toisin sanoen, jotta vesi voisi säilyttää luonnolliset klusterirakenteet pitkään, siinä tarvitaan jatkuvaa rakenteen muodostavan tekijän läsnäoloa. Tätä varten fullereenimolekyyli on optimaalinen, kuten olemme nähneet useiden vuosien ajan tutkiessamme hydratoidun C60-fulereenin ainutlaatuisia ominaisuuksia.

    Kaikki alkoi vuonna 1995, kun kehitimme menetelmän hydratoituneiden fullereenien molekyylikolloidisten liuosten saamiseksi vedessä. Samalla tutustuimme kirjaan, joka kertoo taisteluvesien epätavallisista ominaisuuksista. Yritimme toistaa Martial-vesien luonnollista olemusta laboratorio-olosuhteissa. Tätä varten käytettiin korkean puhdistuksen omaavaa vettä, johon lisättiin erikoistekniikan mukaisesti hydratoitua C 60 fullereenia hyvin pieninä annoksina. Sen jälkeen alettiin tehdä erilaisia ​​biologisia testejä yksittäisten biomolekyylien, elävien solujen ja koko organismin tasolla. Tulokset olivat hämmästyttäviä. Melkein missä tahansa patologiassa havaitsimme vain positiivisia biologisia vaikutuksia veden vaikutuksesta hydratoidun C60-fullereenin kanssa, ja sen käytön vaikutukset eivät vain olleet täysin samat, vaan jopa ylittäneet monissa parametreissä vaikutukset, jotka kuvattiin Martial vesille Peterin teoksessa. ajat. Monet patologiset muutokset elävässä organismissa häviävät, ja se palaa normaaliin, terveeseen tilaan. Mutta tämä ei ole kohdistetun toiminnan lääke eikä vieras kemiallinen yhdiste, vaan vain veteen liuennut hiilipallo. Lisäksi saa vaikutelman, että hydratoitu fullereeni C 60 auttaa palauttamaan kehon negatiiviset muutokset "normaalitilaan" palauttamalla ja ylläpitämällä rakenteita, jotka se synnytti matriisina elämän syntyprosessissa.

    Siksi ei ilmeisesti ole sattumaa, että Orlov A.D. kirjassaan "Shungite - kivi puhdasta vettä." vertaamalla šungiittien ja fullereenien ominaisuuksia hän puhuu jälkimmäisestä terveyden kvintessenssinä.

    1. Buseck et ai. Fullereenit geologisesta ympäristöstä. Science 10. heinäkuuta 1992: 215-217. DOI: 10.1126/tiede.257.5067.215.
    2. N.P. Jushkin. Shungiitin pallomainen supramolekulaarinen rakenne:. DAN, 1994, v. 337, nro 6 s. 800-803.
    3. V.A. Reznikov. Yu.S. Polehovski. Amorfinen šungiittihiili on luonnollinen ympäristö fullereenien muodostumiselle. Kirjeet ZhTF:lle. 2000. v. 26. c. 15. s.94-102.
    4. Peter R. Buseck. Geologiset fullereenit: katsaus ja analyysi. Earth and Planetary Science Letters. V 203, I 3-4, 15. marraskuuta 2002, sivut 781-792
    5.N.N. Rozhkova, G. V. Andrievsky. Vesipitoiset kolloidiset järjestelmät, jotka perustuvat šungiittihiileen ja fullereenien uuttamiseen niistä. 4. biennaali kansainvälinen työpaja Venäjällä "Fullereenit ja atomiklusterit" IWFAC99 4. - 8. lokakuuta 1999, Pietari, Venäjä. Abstracts Book, s. 330.
    6. N.N. Rozhkova, G.V. Andrievski. Fullereenit šungiittihiilessä. la tieteellinen Proceedings of International Symposium “Fullereenit ja fullereenia muistuttavat rakenteet”: 5.-8.6.2000, BSU, Minsk, 2000, s. 63-69.
    7. N.N. Rozhkova, G.V. Andrievski. Shungiittihiilen nanokolloidit. fullereenien uuttaminen vesiliuottimilla. la Tieteellinen III kansainvälisen seminaarin "Mineralogia ja elämä: Biomineraalihomologia" aineistot, 6.-8.6.2000, Syktyvkar, Venäjä, Geoprint, 2000, s. 53-55.
    8. S.A. Vishnevsky. Karjalan lääketieteelliset alueet. Karjalan ASSR:n valtiollinen kustantamo, Petroskoi, 1957, 57 s.
    9. Fullereenit: Terveyden kvintessenssi. Luku sivulla s. 79-98 kirjassa: A.D. Orlov. "Shungite - kivi puhdasta vettä." Moskova-Pietari: "DILYa Publishing House", 2004. - 112 s.; ja Internetissä osoitteessa (www.golkom.ru/book/36.html).

    Fullereenit ovat molekyyliyhdisteitä, jotka kuuluvat hiilen allotrooppisten modifikaatioiden luokkaan ja joilla on suljetut kehysrakenteet, jotka koostuvat kolmesta koordinoidusta hiiliatomista ja joissa on 12 viisikulmaista ja (n/2 - 10) kuusikulmaista pintaa (n≥20). Erikoisuus on, että jokainen viisikulmio on vain kuusikulmioiden vieressä.

    Vakain muoto on C 60 (buckminsterfullerene), jonka pallomainen ontto rakenne koostuu 20 kuusikulmiosta ja 12 viisikulmiosta.

    Kuva 1. C 60:n rakenne

    C60-molekyyli on hiiliatomeja, jotka on kytketty toisiinsa kovalenttisella sidoksella. Tämä yhteys johtuu atomien valenssielektronien sosialisaatiosta. Viisikulmion C-C-sidoksen pituus on 1,43 Ǻ, samoin kuin molempia kuvioita yhdistävän kuusikulmion sivun pituus, mutta kuusikulmioita yhdistävä sivu on noin 1,39 Ǻ.

    Tietyissä olosuhteissa C 60 -molekyylit ovat yleensä järjestyneitä avaruudessa, ne sijaitsevat kidehilan solmukohdissa, toisin sanoen fullereeni muodostaa fulleriittiksi kutsutun kiteen. Jotta C60-molekyylit sijoittuisivat systemaattisesti avaruuteen, kuten niiden atomit, niiden on oltava yhteydessä toisiinsa. Tämä kiteen molekyylien välinen sidos johtuu heikosta van der Waalsin voimasta. Tämä ilmiö selittyy sillä, että sähköisesti neutraalissa molekyylissä elektronien negatiivinen varaus ja ytimen positiivinen varaus hajaantuvat avaruuteen, minkä seurauksena molekyylit pystyvät polarisoimaan toisiaan, toisin sanoen ne johtaa positiivisten ja negatiivisten varausten keskusten siirtymiseen avaruudessa, mikä aiheuttaa niiden vuorovaikutuksen.

    Kiinteällä C 60:llä huoneenlämpötilassa on kasvokeskeinen kuutiohila, jonka tiheys on 1,68 g/cm3. Alle 0 °C:n lämpötiloissa tapahtuu muunnos kuutiomaiseksi hilaksi.

    Fullereeni-60:n muodostumisen entalpia on noin 42,5 kJ/mol. Tämä indikaattori heijastaa sen alhaista stabiilisuutta verrattuna grafiittiin (0 kJ/mol) ja timanttiin (1,67 kJ/mol). On syytä huomata, että pallon koon kasvaessa (hiiliatomien määrän kasvaessa) muodostumisen entalpia pyrkii asymptoottisesti grafiitin entalpiaan, tämä johtuu siitä, että pallo muistuttaa yhä enemmän kone.

    Ulkoisesti fullereenit ovat hienojakoisia mustia, hajuttomia jauheita. Ne ovat käytännössä liukenemattomia veteen (H 2 O), etanoliin (C 2 H 5 OH), asetoniin (C 3 H 6 O) ja muihin polaarisiin liuottimiin, mutta bentseeniin (C 6 H 6), tolueeniin (C 6 H 5) - CH 3), fenyylikloridi (C 6 H 5 Cl) liukenee muodostaen punaisen violetin värisiä liuoksia. On huomattava, että kun pisara styreeniä (C 8 H 8) lisätään kylläiseen C 60 dioksaaniliuokseen (C 4 H 8 O 2), liuoksen väri muuttuu välittömästi kellanruskeasta punaiseksi. violetti, johtuen kompleksin (solvaatti) muodostumisesta.

    Kyllästetyissä aromaattisten liuottimien liuoksissa fullereenit muodostavat matalissa lämpötiloissa sakan - muotoa C 60 Xn olevan kidesolvaatti, jossa X on bentseeni (C 6 H 6), tolueeni (C 6 H 5 -CH 3), styreeni (C 8 H 8), ferroseeni (Fe(C 5 H 5) 2) ja muut molekyylit.

    Fullereenin liukenemisen entalpia useimmissa liuottimissa on positiivinen; lämpötilan noustessa liukoisuus yleensä huononee.

    Fullereenin fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien tutkiminen on ajankohtainen ilmiö, koska tästä yhdisteestä on tulossa olennainen osa elämäämme. Parhaillaan pohditaan ideoita fullereenien käytöstä valoilmaisimien ja optoelektronisten laitteiden, kasvukatalysaattoreiden, timanttien ja timanttien kaltaisten kalvojen, suprajohtavien materiaalien ja myös kopiokoneiden väriaineina. Fullereeneja käytetään metallien ja metalliseosten synteesissä, joilla on parannetut ominaisuudet.

    Fullereeneja suunnitellaan käytettäväksi akkujen valmistuksen pohjana. Näiden akkujen toimintaperiaate perustuu hydrausreaktioon, ne ovat monella tapaa samankaltaisia ​​kuin laajalle levinneet nikkelipohjaiset akut, mutta toisin kuin viimeksi mainitut, niillä on kyky varastoida useita kertoja tarkempi määrä vetyä. Lisäksi näillä akuilla on korkeampi hyötysuhde, keveys ja ympäristö- ja terveysturvallisuus verrattuna edistyneimpiin litiumakkuihin näiden ominaisuuksien suhteen. Fullereeniparistoja voidaan käyttää laajasti henkilökohtaisten tietokoneiden ja kuulolaitteiden virtalähteenä.

    Fullereenien käytön ongelmaan lääketieteessä ja farmakologiassa kiinnitetään paljon huomiota. Ajatusta syöpälääkkeiden luomisesta, jotka perustuvat fullereenien vesiliukoisiin endoedrisiin yhdisteisiin radioaktiivisten isotooppien kanssa, harkitaan.

    Fullereenien käyttöä rajoittaa kuitenkin niiden korkea hinta, joka johtuu fullereeniseoksen synteesin työlästä sekä yksittäisten komponenttien monivaiheisesta erottamisesta siitä.