Получение модифицированных фуллеритов С60 методом высаливания и исследование их свойств

• Автор: Баскаков, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Актуальность исследования

ф Цель работы

Научная новизна

Практическая значимость

Апробация работы

Публикации по теме диссертационной работы

* Глава 1. Литературный обзор

1.1.Методы получения фуллеренов и фуллеритов

1.1.1. Лазерный метод получения фуллеренов

^ 1.1.2. Электродуговой метод синтеза фуллеренов Кречмера

1.1.3. Выделение и разделение фуллеренов

1.1.4. Получение фуллеритов Сбо методом испарения раствора фуллеренов в органических растворителях
1.1.5. Получение фуллеритов Сбо методом вакуумной сублимации
1.2. Кристаллическая структура фуллерпта Сбо
1.2.1. Простая кубическая и гранецентрированная кубическая решетки фуллерита. Фазовый переход ГЦК—>ПК
* 1.2.2. Гексагональная плотная упаковка молекул С6о- Синтез ГПУфазы
1.3. Термодинамические свойства фуллеренов и фуллеритов Сбо
1.3.1. Энтальпия образования фуллеренов Сбо
1.3.2. Теплоемкость фуллеритов в конденсированном состоянии и
* термодинамика фазовых переходов
1.3.3. Давление насыщенного пара и энтальпии сублимации
1.4. Фуллерены в растворах
1.4.1. Растворимость фуллеренов
ф 1.4.2. Немонотонный характер температурной зависимости

растворимости фуллеренов Сбо
1.4.3. Кластерная природа растворимости фуллерена. Капельная
модель кластера
* 1.4.4. Теплота растворимости С6о
• 1.4.5. Диффузия фуллеренов в растворах
1.5. Допированные фуллериты
1.5.1. Фуллериты, допированные атомами металлов
(интеркалированные фуллериты)
1.5.2. Допирование фуллерита малыми молекулами из газовой фазы 54 Заключение
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Реактивы
ф 2.2. Методика получения фуллеритов С6о высаливанием
2.3. Методика получения допированных фуллеритов высаливанием
щ при низких температуре и давлении
2.4. Физико-химические методы анализа, использованные в работе
Глава 3. Результаты эксперимента и их обсуждение
3.1. Сорбционные свойства фуллерита Сбо, полученного методом вакуумной сублимации
3.2. Структура и свойства фуллеритов С60, полученных методом
* высаливания
3.3. Влияние ультразвукового облучения растворов С6она кристаллическую структуру высаливаемого фуллерита
3.4. Высаливание как новый низкотемпературный метод получения допированных фуллеритов С6о
3.4.1.Структура и свойства фуллерита, допированного кислородом
3.4.2. Структура и свойства фуллерита, допированного метаном
Выводы
Список литературы

Актуальность исследования
С момента разработки в 1990 году П. Кречмером и Д. Хаффманом метода получения фуллеренов Сбо в макроколичествах материаловедение фуллеренов активно развивается. Исследованиями в этой области занимаются такие далекие друг от друга области науки, как астрономия, органическая химия, физика твердого тела, биофизика, геология, медицина. В настоящий момент количество публикаций, посвященных фуллеренам, фуллеритам и их модификациям, достигает двух десятков тысяч.
Большой интерес исследователей вызывают фуллерены в конденсированном состоянии, которые принято называть фуллеритами. Фуллериты относятся к типу молекулярных кристаллов с небольшой величиной энергии взаимодействия молекул, как для большинства молекулярных кристаллов органических соединений. Хорошо известно, что при комнатной температуре фуллерит С6о имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку, которая содержит одну октапору (средний радиус Roh = 2.06 Ä) и две тетрапоры (средний радиус Rt|, = 1.13 Ä) в расчете на молекулу фуллерена. Это свойство делает фуллерит перспективным материалом для получения сверхпроводников с высокой температурой сверхпроводимости при допировании межмолекулярных пустот атомами металлов. Также в пустотах могут располагаться в качестве гостя атомы других элементов (Ar, Kr, Xe, Ne), а также малые молекулы, такие как СО, С02, N20, СН4 в достаточно больших концентрациях, не разрушая решетку хозяина. Кроме того, можно рассматривать заполнение пустот в фуллерите как удобный способ хранения редких газов, поскольку только заполнение всех октапор (по одной молекуле газа на каждую пору) соответствует объемной концентрации, реализующейся при давлении газа 5 МРа.
Для исследователей, занимающихся синтезом новых производных фуллерена, важным являются два параметра исходного препарата: его чистота
эффект растворения составляет -5,6 кДж/моль, а для раствора с концентрацией 15 % от насыщенной (п ~ 7) теплота растворения составляет -10,6 кДж/моль.

1.4.5. Диффузия фуллеренов в растворах
Коэффициент диффузии является важным параметром, отражающим поведение фуллеренов растворах, он определяет оптимальные условия кристаллизации фуллеренов из раствора, а также возможность их разделения и ОЧИСТКИ. Результаты измерения коэффициентов диффузии СбО в некоторых растворителях представлены в таблице 1.6.
Таблица 1.6.
Коэффициент диффузии фуллеренов в растворах
Растворитель Коэффициент диффузии, 10'6см2с'' Т,К г», А Ссылка
Хлорбензол 3,7±0,7 295 7,4 [120]
1,2-дихлорбензол 1,1 ±0,2 295 7,7
Пиридин 3,1±0,6 295 7,1
Бензонитрил 1,4±0,3 295 12,4
Дихлорметан 4,4±0,9 295 11,1
ТГФ 1,6±0,3 295 25,0
Бензол 9,1 298 [121]
сб2 18,5 298
Авторы обзора [110] сравнили эти экспериментальные данные с результатом простой оценки на основании уравнения Смолуховского-Стокса-Эйнштейна, которое описывает диффузию сферической частицы в вязкой жидкости:

£> = •
бпг/г.
(1.12)