Углеродные нанокластеры, наноструктуры и наноматериалы

22 
Рис. 1.10. Масс - спектр кластеров углерода. Выделяются пики кластеров 
11
15
,
C
C
и 
фуллеренов 
60
70
,
C
C
[1]. 
Первые углеродные кластеры были получены в начале 40 гг. прошлого 
столетия с помощью разряда в между угольными электродами. Спектры ионов 
дают периодичность в 4 атома углерода. Лазерное испарение с охлаждение 
инертным газом дает магические числа малых кластеров углерода 
:
3, 7,11,15,19, 23
n
C
n

атомов углерода. Основной фрагмент нейтральный
линейный кластер С
3
. После 9атомов цепочка превращается в кольцевую 
форму. Кластеры С
3 
, находят в спектрах комет и С
3 
и С
5
в околозвездном 
пространстве углеродных звезд. 
1.2.2. Фуллерены
Первые большие углеродные кластеры-фуллерены были обнаружены в 
1985 г Крото, Смоли и Керлом. На рис.1.10 вторая группа кластеров 
фуллеренов имеет магические числа 
60, 70, 76,80,84
n
C

. Главный пик на спектре 
масс соответствует молекуле 
60
C
состоящей из 60 атомов углерода. Молекула 
С
60 
названа фуллереном по имени архитектора и изобретателя Р.Б. Фуллера, 
сконструировавшего геодезический свод напоминающий структуру 
60
C
. Схема 
молекулы показана на рис. 1.11. Она имеет 12 пентагональных (пятиугольных) 
и 20 гексагональных (шестиугольных) симметрично расположенных граней 
образующих форму близкую к шару. Эти шарообразные молекулы могут 
соединяться друг с другом в твердом теле с образованием 
гранецентрированной 
кристаллической 
решетки 
(ГКЦ). 
Образуется 
молекулярный кристалл с ван дер Ваальсовыми силами. Расстояние между 
центрами ближайших молекул в гранецентрированной решетке составляет 1 
нм. Монокристалл фуруллена 
60
C
выращивают медленным выпариванием 
раствора 
60
C
в бензоле. 

23 
Рис. 1.11. Структура молекулы фуллерена 
60
C
.[1] 
Фуллерены вступают в реакции с металлами, фтором и образуют 
множество соединений. 
Эндоэдральные
фуллерены содержат атом металла 
внутри фуллерена. 
Экзоэдральные
фуруллены имеют функциональные группы, 
присоединенные к внешней поверхности каркаса молекулы. Фуллерены 
замещения содержат один или несколько атомов металла вместо атомов 
углерода каркаса молекулы фуллерена. 
Первый эндоэдральный фуллерен – La@C
60
получен в 1985г. путем 
лазерного испарения графита пропитанного 
3
LaCl
. Атом лантана смещен 
относительно центра внутренней полости фуллерена. происходит перенос 
электрона с атома металла на углеродный каркас. Атом металла становится 2-х 
или 3-х зарядным.
Если кристаллы 
60
C
и металлический калий поместить в откаченную от 
воздуха трубку и нагреть до 400
о
С, то пары калия диффундируют в пустоты 
ГКЦ решетки с образованием соединения К
3
С
60
. при легировании 
60
C
калием, 
атомы калия ионизирутся до положительного иона 
K

, а их электроны 
связываются с 
60
C
, который становится отрицательным ионом 
3
60
C

. 

24 
Рис. 1.12. Элементарная ячейка кристаллической решетки фуллерена
60
C
легированного 
щелочными атомами [1]. 
Таким образом, каждая молекула 
60
C
получает три лишних электрона, слабо 
связанных с молекулой и способных передвигаться по кристаллу. Кристалл 
60
C
является диэлектриком, а при легировании щелочными металлами становится 
проводником. См. рис.1.12. Говорят, что фуллерен 
60
C
 допирован
электронами. 

жүктеу/скачать 12,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: