Явления агрегации в растворах фуллеренов

• Автор: Окунь, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 85 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Особенности поведения фуллеренов в растворах
3. Термодинамика фуллеренов в растворах
3.1 Кластерная природа растворимости фуллеренов
3.2 Теплота растворимости фуллерена Сбо
3.3 Нелинейная оптическая восприимчивость раствора фуллеренов
4. Кинетика фуллеренов в растворах
4.1 Диффузия фуллеренов в растворах
4.2 Термодиффузия фуллеренов в растворах
4.3 Фрактальные структуры в растворах фуллеренов
4.4 Малые и большие кластеры в растворах фуллереко'в
5. Заключение
6. Литература

1. Введение
Долгое время считалось, что углерод может образовывать две кристаллические структуры - алмаз и графит. Алмаз имеет пространственную структуру, в которой атомы углерода образующие между собой химические связи, ориентированы относительно друг друга не в плоскости, а в пространстве. Структура графита слоистая, т.е. каждый атом образует сильные химические связи с атомами, расположенными с ним в одной плоскости, в то время как химические связи с атомами ближайшего соседнего слоя существенно слабее. Поэтому разделить соседние слои существенно легче, чем разорвать каждый из слоев.
Склонность углерода к образованию поверхностных структур еще в большей степени проявилась в новых формах - фуллеренах и нанотрубках, открытых во второй половине 80-х годов [1,2]. Это замкнутые поверхностные структуры углерода, которые проявляют специфические свойства как своеобразные материалы, как физические объекты и как химические системы. Создание в 1990 году эффективной технологии синтеза, разделения и глубокой очистки фуллеренов [3,4] привлекло к проблеме изучения фуллеренов тысячи исследователей из разных областей науки. Интенсивные усилия этих специалистов привели к открытию многих интересных свойств фуллеренов. Указанные свойства позволяют относиться к фуллеренам не только как к новому привлекательному объекту фундаментальной науки, но и как к основе для широкого круга прикладных разработок.

Рис. 1. Структура молекул фуллерена Сбо и С70. В силу симметрии в молекуле Сбо все атомы находятся в равнозначном условиях, тогда как в молекуле С70 имеется пять разных позиций для атомов.
Термином фуллерены называют замкнутые молекулы типа Сбо, С70, С76, С84, в которых атомы углерода расположены на поверхности сферы или сфероида. Центральное место среди фуллеренов занимает молекула Сбо, которая характеризуется наиболее высокой симметрией и, как следствие, наибольшей стабильностью. В этой молекуле, напоминающей покрышку футбольного мяча (рис. 1) и имеющей структуру правильного усеченного икосаэдра, атомы углерода располагаются на сферической поверхности в вершинах 20 правильных шестиугольников и 12 правильных пятиугольников, так что каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками. Таким образом, каждый атом углерода в молекуле Сбо находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника и принципиально ничем не отличим от других атомов в молекуле.
Проблема существования углерода в форме молекул с замкнутой поверхностью неоднократно обсуждалась в литературе (см. [5-10]) задолго

Концентрация С/Снас
Температура, [К]
Рис. 6. Концентрационная и температурная зависимости теплового эффекта растворения фуллеренов в толуоле, бензоле и СБг, рассчитанные на основе капельной модели с помощью выражения (15).
фуллеренов от концентрации раствора объясняется, по всей видимости, расхождение между экспериментальными данными по измерению теплового эффекта растворения фуллеренов [37, 38, 39].
3.3 Нелинейная оптическая восприимчивость раствора фуллеренов
В качестве еще одного примера применения изложенного выше подхода, основанного на капельной модели кластера, для описания явлений, связанных с агрегацией фуллеренов в растворе, рассмотрим эксперименты по измерению нелинейной оптической восприимчивости раствора фуллеренов. В этом случае представленная модель агрегации фуллеренов в растворе позволяет количественно описать наблюдаемые экспериментальные данные.