Нанотехнология негіздері оқу құралы Алматы
Фуллерендердің және олардың кристалдарының құрылымы мен қасиеттері
жүктеу/скачать 3,32 Mb.
|
treatise34956
| 4.2 Фуллерендердің және олардың кристалдарының құрылымы мен қасиеттері
С70 молекуласы үшiн созылған эллипсоид формасындағы құрылым ұсынылды. Бұл молекулярлық қосылыстар инженер және дизайнер Ричард Бакминстер Фуллер құрметіне фуллерендер деп аталды, оның геодезиялық конструкциялары осы принцип бойынша құрастырылған. 1996 жылы фуллерендерді ашқаны үшін Крото, Смолли және Керлуға химия саласы бойынша Нобель сыйлығы берілді. Фуллерендердің молекулаларында көміртек атомдары дұрыс алты және бес бұрыштардың басында орналасқан, олардан сфераның және эллипсоидтың беттері құрастырылған. Ең симметриялы және айтарлықтай толық зерттелген фуллерендер үйірінің өкілі – фуллерен C60 болып саналады, 20 алтыбұрыштардан және 12 бес бұрыштардан түзілген болып ол футбол тобын еске түсіреді. C60 молекуласындағы С-С байланысының барлығы бірдей ұзындыққа ие болмайды. Екi алты бұрыштар үшiн ортақ тарап болатын С=С байланысының ұзындығы 1.39 Å құрайды, ал алты және бес бұрыш үшiн ортақ С-С байланысының ұзындығы ұзындау және 1.44 Å тең. Бұдан басқа, бiрiншi түрдiң байланысы екi еселік, ал екiншiсінікі дара - бұл С60-нiң фуллереннің химиясы үшiн айтарлықтай. Көп таралуы бойынша келесi C70фуллерені болып табылады. C60 фуллереннен айырмашылығы: C60экваториалдық облысқа белдiкке 10 көміртек атомдарын орналастыру арқылы алынады. Жоғары фуллерендер деп аталатын, құрамында көміртектің көп атомы (400-ге дейін) барлары аз мөлшерде пайда болады және жиі айтарлықтай күрделі изомерлік құрамға ие. Өте көп талқыланылған жоғарғы фуллерендердің арасында Cn, n=74, 76, 78, 80, 82 және 84 атап көрсетуғе болады. Қазіргі кезде фуллерендерді алудың жалғыз тәсілі, оларды жасанды синтездеу болып табылады. Бұл қосылыстар көптеген жылдар бойы әртүрлi елдердiң зертханаларында олардың пайда болу шартарын, құрылымдарын, қасиеттерін және мүмкін болған қолдану аймақтарын анықтау үшін қарқынды зерттелді. Жеке алғанда бірталай фуллерендер графиттік электродтарда доғалық разряд кезінде пайда болған күйенің құрамында болады, оларды бастапқы уақытта жай ғана байқамады. Фуллерендердің доғада пайда болу механизмі казіргі уақытқа дейін анықталмай келеді, өйткені доғаның жану аймағында жүретін процесстер термодинамикалық тұрақсыз болады, бұл олардың теориялық қарастыруларын өте күрделендіреді. Фуллерендер көміртектің жеке атомдарынан жиналатындығы (немесе С2-дiң фрагменттерінен) бұлтартпайтын дәлелдермен анықталды. Фуллерендерді алу үшін қондырғылар санының жылдам артуы және оларды тазарту әдістерін жақсарту мақсатында атқарылған тұрақты жұмыстар олардың С60 бағасының айтарлықтай төмендеуіне алып келді. Соңғы 17 жылдың ішінде бір граммының бағасы 10000$ -дан 10-15$ -ға дейін төмендеді. Көп зерттеушiлер фуллерендердің бағасын төмендету, электр доғасы әдiсімен алынған, бір граммы бірнеше доллардан төмендетуге қол жеткізе алмаймыз. Сондықтан бір қатар зерттеушiлер топтарының күштері фуллерендерді алудың альтернативті әдiстерiн iздестiруге бағытталды. Бұл салада Мицубиси фирмасы айтарлықтай табыстарға қол жеткізді, олар фуллерендерді көміртек-сутек жалынында жағу әдісімен өнеркәсіптік шығарудың жұмыстарын жолға қойды. Бұндай фуллерендердың бағасы шамамен 5$/грамм (2005 жылы) құрайды, ол электр доғалық фуллерендердің құнына ешқандай ықпалын тигiзбейді. Фуллерендердің және олардың кристалдарының қасиеттері және құрылымдары. Бөлме температурасында С60 кристалы ЖОК (ГЦК) торына 1,415нм тұрақтысымен ие, бірақта температураның төмендеуі кезінде бірінші тектік фазалық өтулер болады (Ткр≈260 К) және С60 кристалы өзінің құрылымын қарапайым куб түріне (тор тұрақтысы 10411нм) ауыстырады. Т > Ткр температурада С60 молекулалары өзінің тепе-теңдік орталығы төңірегінде тәртіпсіз айналады, оны сыни температураға дейін төмендеткенде екі айлану өсі тоқтайды. Айналудың толық тоқтауы 165 К -де іске асады. С70 - кристалдық құрылымы. Айналдыруды толық қатырып тастау 165 К температурада орын алады. С70 кристалдық құрылысы бөлме температурасы шамасында гексагональдық фазаның көп емес қоспасы бар ОЦК торын береді. Фуллереннің молекулалық кристалы тыйым салынған аймағының ені ~1.5 эВ болатын жартылай өткізгіш болып табылады және оның қасиеттері негізінен басқа жартылай өткізгіштердің қасиеттеріне ұқсас. Сондықтанда бірқатар зерттеулер фуллерендерді жаңа материал ретінде электроникадағы дәстүрлі қосымшалар сияқты қолдану деген сұрақпен байланысты болды: диод, транзистор, фотоэлемент және т.б. Мұндағы олардың дәстүрлі кремниймен салыстыра қарағандағы басты айырмашылығы фотокликтің аз уақыты (нс бірліктері). Бірақ айтарлықтай кемшілігі фуллереннің қабықшасының өткізгіштігіне оттегінің әсері болып табылады және, сәйкесінше, қорғаныш қабаттың керектігі пайда болады. Бұл жағдайда фуллереннің молекуласын өзіндік наноөлшемді құрылғы ретінде қолданудың болшақ тиімділігі артығырақ, жекелеген жағдайда қарстырсақ, күшейткіш элемент ретінде. Ультракүлгінді және қысқатолқынды көрінетін (>2 эВ) сәулелендірудің арқасында фуллерендер полимеризацияланады және мұндай түрде ол органикалық еріткіштермен ерімейді. Фуллерендік фоторезисторды қолданудың суреттемесі ретінде полиме-резеңкелік қабыршақтан С60 жасалған масканы қолдану арқылы кремнийдің электрондық шоғымен улану кезіндегі субмикрондық рұқсатты (≈20 нм) алуды мысал ретінде келтіруге болады. жүктеу/скачать 3,32 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|