Механизм образования и структура фрактальных агрегатов фуллерита

• Автор: Янченко, Лариса Ивановна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 115 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Понятие фрактала
1.2. Количественное описание фракталов
1.3. Экспериментальные методы определения фрактальной размерности
1.4. Агрегационные модели
1.4.1. Диффузионно-ограниченная агрегация (ДОА) частица-
кластер
1.4.2. Кластер-кластерные агрегаты (ККА), ограниченные диффу-зией
1.4.3. Модель перколяции
1.5. Фракталы в микроструктуре металлов
1.6. Фрактальные сеточные наполнители в эластомерах
1.6.1. Механические свойства
1.6.2. Аномальная диффузия
1.6.3. Электрическая проводимость
1.7. Аэрогели
1.8. Фрактальный анализ полимеров
1.9. Понятие самоорганизации
1.10. Плазменно-пылевые кристаллы
1.11. Открытие фуллеренов
1.12. Структура молекулы С60
1.13. Генерация фуллеренов
1.14. Получение фуллеренов
1.15. Химия фуллеренов
1.16. Фуллерены в конденсированных системах
1.17. Электрические и механические свойства твердых фуллеренов
1.18. Новые сверхпроводники
1.19. Оптические свойства материалов на основе фуллеренов
1.20. Выводы и постановка задачи на исследование
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Способы получения фрактальных агрегатов
2.2. Методика генерации фрактальных агрегатов фуллерита
2.3. Методика расчета фрактальной размерности
2.4. Методы исследования поверхности и микроструктуры
ГЛАВА III. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
3.1. Геометрические характеристики и структура фрактальных агрегатов фуллерита
3.2. Кластерная природа растворимости фуллеренов
3.3. Диффузия С60 в растворах
3.4. Зародышеобразование на поверхности
3.5. Диффузионные характеристики кристаллов фуллерита, формирующих фрактал
3.6. Анализ режимов роста фрактальных агрегатов, в зависимости от размеров системы и потока дисперсных частиц
3.7. Качественная сравнительная оценка кинетики роста фрактальных агрегатов фуллерита, в рамках различных модельных подходов
3.8. Схема процесса образования фрактальных агрегатов
фуллерита
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Всем известны впечатляющие результаты изучения двух форм кристаллического углерода - графита и алмаза, приведшие к практическому использованию этих форм в индустриальной технике. Недавние достижения в синтезе искусственных алмазов, углеродных нитей, алмазоподобных пленок существенным образом расширили область их применения в новейшей технике и повседневной жизни.
Совсем недавно открылась совершенно новая область исследования в связи с обнаружением Крото с сотрудниками молекулярной формы углерода С6о и других высших фуллеренов. Твердотельная форма фуллеренов - фулле-рит обладает целым рядом интересных физических и химических свойств, таких как наличие едва различимых ориентационных фаз, сверхпроводимость после допирования, необычные магнитные свойства, сильная оптическая нелинейность и так далее. К тому же молекулы Сво конденсируются при комнатной температуре в виде твердотельной фазы, имеющей гранецентри-рованную кубическую решетку.
С другой стороны внимание значительного числа физиков, изучающих твердое тело, привлечено к изучению сложных структур и процессов, которые реализуются в открытых энергетически-диссипативных системах. Возникающие при этом структуры склонны к самоорганизации. Движущей силой самоорганизации диссипативных структур является стремление открытых систем к снижению производства энтропии при реализации нестационарных процессов [1]. Во многих работах показано, что диссипативные структуры, самоорганизующиеся в открытых системах, являются фрактальными.
Фрактальные агрегаты (ФА) широко распространены в окружающем нас мире. Уникальные физико-химические свойства объектов, имеющих структуру ФА: низкая плотность и теплопроводность, чрезвычайно развитая

исходит удаление молекул жидкости, находящихся в порах. Для сушки аэрогеля Кистлер применил автоклав, в котором достигались сверхкритические температура и давление для находящейся в порах аэрогеля жидкости. Испарение этой жидкости и замена ее газом позволяет сохранить внутреннюю структуру аэрогеля. Кусок аэрогеля 8Ю2 размером 20x20x3 см3 имеет объем свыше 20 л.
Аэрогель представляет собой фрактальный кластер. В реальном образце фрактальность структуры проявляется при ограниченных размерах. Данная закономерность определяется характером превращения частиц в гель. Сначала частицы образуют небольшие кластеры, которые, объединяясь, растут. Пока кластеры невелики, их ассоциация определяется характером движения в растворе, и они имеют фрактальную структуру. При увеличении размеров объединение кластеров становится обусловленным их близостью, а не характером движения. Фрактальность пропадает, кластер становится однородным. Фрактальная размерность аэрогеля 8Ю21>=2,1-2,3 [24].
Как устойчивое пористое вещество с большой внутренней поверхностью аэрогель может быть использован в качестве катализатора химических процессов получения органических соединений. Большая внутренняя емкость аэрогеля может быть использована для хранения веществ, в частности ракетного топлива и окислителя. Это позволит заменить жидкое топливо твердым. Основная часть произведенного аэрогеля 8Ю2 используется в качестве материала в черенковских детекторах. Однако основу применения аэрогеля в детекторах составляет далеко не самое интересное его свойство -близкий к единице коэффициент преломления. Ряд применений аэрогеля двуокиси кремния может быть связан с низкой теплопроводностью, а также с его высокой прозрачностью. Эти свойства позволяют использовать его в качестве изолятора окон и стен зданий, что в большой степени определяется его стоимостью (1 грамм аэрогеля около 9 долларов). Аэрогель характеризуется низким модулем Юнга и малой скоростью распространения звука в нем,