Фуллерены: аллотропы углерода

СОДЕРЖАНИЕ
Фуллерен. Что это?
Немного из истории
Предыстория
Структурные свойства. Фуллерит
Основные производные
Фуллерен – удивительная молекула
Синтез фуллерена С60
Современный промышленный синтез
Физические свойства
Особые свойства
Применение

ФУЛЛЕРЕН. ЧТО ЭТО?
Фуллерен (бакибол) – это молекулярное соединение, принадлежащее классу аллотропных форм углерода и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники.

НЕМНОГО ИЗ ИСТОРИИ
В 1985 году группа исследователей — Роберт Кёрл, Харольд Крото, Ричард Смолли, Хис и О’Брайен исследовали масс-спектры паров графита, полученных при лазерном облучении (абляции) твёрдого образца, и обнаружили полиэдрические кластеры углерода, которые получили название фуллеренов.

ПРЕДИСТОРИЯ
Возможность существования бакиболов была предсказана в 1971 году в Японии и теоретически обоснована в 1973 году в СССР. Единственным способом получения фуллеренов на октябрь 2007 является их искусственный синтез. Установлено, что фуллерены в значительном количестве содержатся в саже, образующейся в дуговом разряде на графитовых электродах — их раньше просто не замечали.
Гарольд Крото
Ричард Смолли
Роберт Керл

ФУЛЛЕРЕН – УДИВИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛА
Первые фуллерены выделяли из конденсированных паров графита, получаемых при лазерном облучении твёрдых графитовых образцов. Следующий важный шаг был сделан в 1990 году В. Кретчмером, Лэмбом, Д. Хаффманом и др. Они получили некоторое количество фуллеренов путем сжигания графитовых электродов.
Графитовые электроды
Графит

СОВРЕМЕННЫЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ СИНТЕЗ
Современный подход состоит в следующем: сажу, полученную при сжигании графита, смешивают с толуолом или другим органическим растворителем, затем смесь фильтруют или отгоняют на центрифуге, а оставшийся раствор выпаривают. После удаления растворителя остается тёмный мелкокристаллический осадок — смесь фуллеренов, называемый обычно фуллеритом.
Сажа
Толуол

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Атомы углерода в молекуле фуллерена связаны σ- и π-связями
Молекулы удерживаются в кристалле силами Ван-дер-Ваальса
При комнатных температурах кристалл С60 имеет гранецентрированную (ГЦК) кубическую решётку, при понижении температуры – кубическая решетка
Кубическая решетка
ГЦК

ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ
Фуллерен может понижать активность ВИЧ
С помощью фуллеренов можно создавать противоаллергические средства
Удобно использовать молекулу фуллерена в качестве вектора для доставки лекарств
Создание новых лекарств, влияющих на здоровье человека
Биологические активности фуллеренов

ПОЛУЧЕНИЕ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Материалы защитных экранов
Материалы для стелс-технологий (снижение заметности боевых машин)
Материалы для наблюдения и обработки спутниковой информации (высокоразрешающие динамические голограммы).
Стелс-технологии
Защитные экраны

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНИКИ
Материалы для снижения износа в условиях сухого трения
Составы для машин, работающих в условиях повышенных нагрузок
Смазывающе-охлаждающие технологические составы
Водный раствор C60HyFn

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ
УН - это протяжённые цилиндрические структуры, имеющие в своем составе молекулы фуллеренов
Оптические применения: дисплеи, светодиоды
Искусственные мышцы (команде ученых из университета Техаса удалось создать искусственную мышцу, которая в 85 раз сильнее человеческой)
Генераторы энергии и двигатели

СОЗДАНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Тканые материалы (ленты, полотна, паруса, канаты, сверхпрочные нити)
Бетонополимеры повышенной прочности
Радиозащитные материалы
Уплотняющие материалы
Бетон
Парус

ИТОГИ
Существование аллотропных форм углерода, как и многих других явлений, было предсказано еще до их открытия;
Фуллерены представляют собой замкнутые многоугольники, в вершинах которых находятся атомы углерода. Такая структура делает их очень прочными, и самым эффективным методом их синтеза является сжигание графитовых электродов в электрической дуге;
Благодаря своим качествам, фуллерены могут применяться в самых различных сферах, например, в конструировании, создании сверхпрочных материалов, медицине и т.д.
Единственным недостатком фуллерена является сложность и большая стоимость его получения в нужных количествах.