|
FULLERENLAR, FULLERITLAR, NANOTUBLAR
Uglerod juda keng tarqalgan element hisoblanadi. Tabiatdagi qattiq holatda u grafit va olmos shaklida mavjud. Karbin va lonsdaleit kabi uglerod modifikatsiyalari ham sun'iy ravishda yaratilgan. Ikkinchisi meteoritlarda ham topilgan. 1985 yilda aylanuvchi grafit disk yuzasidan lazer zarbasining davomiyligi 5 ns bo'lgan lazer nurini bug'lash natijasida olingan grafit bug'ini o'rganishda uglerodning klasterlari (yoki ko'p atomli molekulalari) mavjudligi aniqlandi (5.1-rasm) [ 117, 119].
Ushbu shakllanishlarning keyingi tadqiqlari shuni ko'rsatdiki, topilgan birikmalarning eng barqarori, birinchi navbatda, 60 va 70 atomdan iborat bo'lgan juda ko'p juft atomli molekulalar - C60 va C70 [119-123]. C60 birikmasi sharsimon, futbol to'piga o'xshaydi va C70 qovun shakliga yaqinroqdir (5.2-rasm).
Fullerenlar yopiq uglerod molekulalari bo'lib, ulardagi barcha atomlar shar yoki sferoid yuzasini qoplaydigan muntazam olti burchakli yoki beshburchaklarning uchlarida joylashgan. Fullerenlarning nomi mashhur amerikalik me'mor va matematik Fuller nomi bilan bog'liq. U meʼmor sifatida katta maydonlarni qamrab olish uchun moʻljallangan koʻpburchakli sferoidlar koʻrinishidagi qurilish konstruksiyalarini taklif qildi, matematik sifatida esa kelib chiqishi turlicha boʻlgan tuzilmalarni tahlil qilishda tizimli yondashuvdan foydalangan va strukturaning oʻz-oʻzidan barqarorlashuvchi tizim ekanligini koʻrsatgan. .
Fullerenlar noodatiy kristallografik simmetriya va oʻziga xos xossalari bilan ajralib turadi [47, 123]. Ulardagi barcha kovalent bog'lar to'yingan, shuning uchun alohida molekulalar bir-biri bilan faqat kuchsiz van der Vaals kuchlari orqali o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Biroq, ikkinchisi sferik molekulalardan kristall tuzilmalarni qurish uchun etarli. Bunday materiallar fulleritlar deb ataladi. Barqaror molekulalar besh va olti a'zoli halqalardan hosil bo'lgan zanjir konfiguratsiyasi bilan tavsiflanadi.
Ko'pgina hollarda, ularning uglerod atomlari uchta fazoviy bog'lanishga ega (olmos panjarasining bo'laklari kabi). Bog'lar orasidagi uzunlik va burchaklar ham olmosning tuzilishiga xosdir.
Guruch. 5.1. Grafitning lazer bug'lanishi natijasida olingan uglerod klasterlarining parvoz vaqti massa spektri [119, 122].
Guruch. 5.2. Fulleren molekulalari: a) C60, b) C70, c) tarkibida 100 dan ortiq uglerod atomlari bo'lgan fulleren molekulasining bashorati [117,119,120].
Hozirgi vaqtda ular molekulalariga boshqa atomlar yoki molekulalarni qo'shish, shu jumladan molekulaning ichki hajmiga qotishma element atomini joylashtirish orqali doplangan fullerenlarni qanday olishni o'rgandilar. Yuqori bosim yoki lazer nurlanishidan foydalanib, ikkita fulleren molekulasini dimerga birlashtirish yoki asl monomer strukturasini polimerizatsiya qilish mumkin.
Fullerenlarni olishning klassik usuli uglerodni vakuumda bug'lanishi va o'ta qizib ketgan (104 K gacha) uglerod bug'ini hosil qilishdir [119-121]. Keyin qizib ketgan bug 'inert gaz oqimida (masalan, geliy) intensiv ravishda sovutiladi. Natijada, kukun to'planadi, unda ikkita guruhning sezilarli miqdordagi klasterlari (molekulalari) mavjud - kichik miqdordagi uglerod atomlari (C25 gacha) va juft sonli atomlar (C60 va C70) bo'lgan katta. . Keyinchalik, masalan, kukunli metallurgiya usullaridan foydalanib, ular ajratiladi. Bundan tashqari, birinchi guruhga kiruvchi klasterlar barqaror shakllanishlar emas. Jarayonning parametrlarini tanlab, ko'p miqdordagi atomli molekulalarni olish mumkin (C100 va undan ko'p). Yana bir qancha boshqa usullar ham mavjud [117,121].
Fulleren matritsasi asosidagi yupqa kompozit plyonkalarni (qalinligi 200 - 600 nm) olish uchun ma'lum tarkibdagi aralashmani substratlarga, masalan, GaAs (3-rasm) ustiga vakuumli termik bug'lantirish usuli qo'llaniladi [48]. 99,98% tozaligi bilan C60 kukuni va CdTe aralashmasi 300 ° C haroratda 1 mkm qo'shma silliqlash va sinterlash tomonidan tayyorlangan cho'kma 10-6 Torr bosim va substrat haroratida vakuumda amalga oshirildi. taxminan 160 ° C. kimyoviy tarkibi inhomogeneities.
Guruch. 5.3. "Fulleren C60 - 40% CdTe" plyonkasi yuzasi [48]
Fullerenlarning juda yuqori qattiqligi ulardan o'ta qattiq materiallarni, shu jumladan olmoslarni qayta ishlash va sinovdan o'tkazish uchun fullerit mikro va nano-asboblarni ishlab chiqarish imkonini beradi. Masalan, C60 ning fullerit piramidalari atom kuchini tekshirish mikroskoplarida qo'llaniladi.
c) 5.4-rasm. Modellar ko'ndalang kesmalar ko'p qatlamli nanotubalar: a)
"Matryoshka", b) "to'plam", c) bir devorli nanotubkaning atom tuzilishi
[4].
olmos va olmos plyonkalarining qattiqligini o'lchash uchun. Fullerenlar elektro-optik qoʻllanish sohasi uchun materiallar sifatida ham keng oʻrganiladi [47, 123-125]. Fullerenlar va ular asosidagi birikmalar ham nanostrukturalarni yaratish uchun istiqbolli materiallardir. Shunday qilib, ichida
[125] fulleren plyonkalaridan ikki oʻlchovli fotonik kristallar yaratish uchun foydalanish mumkinligini koʻrsatdi. Bundan tashqari, fulleren plyonkalarining optik xususiyatlarini ularga yarimo'tkazgich materiallar qo'shimchalarini kiritish orqali o'zgartirish mumkin, masalan, CdSe va CdTe [47,48,125].
Yaqinda biz bir devorli va ko'p devorli uglerod nanotubalarini etishtirishni o'rgandik (5.4-rasm) [4]. Bunday quvurlarning xususiyatlarini ularning chiralitesini o'zgartirish orqali ma'lum darajada nazorat qilish mumkin, ya'ni. ularning panjaralarini uzunlamasına o'qga nisbatan burish yo'nalishlari. Nanotubalar yuzasi, xuddi fullerenlarda bo'lgani kabi, uchlarida uglerod atomlari joylashgan olti burchakli burchaklardan hosil bo'ladi. Metall turdagi o'tkazuvchanlikka ega va ma'lum bir tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan uglerod nanotubalarini oling. Ikkita shunday trubaning ulanishi diodni hosil qiladi va oksidlangan kremniy gofret yuzasida yotgan trubka dala effektli tranzistorning kanalini hosil qiladi. Berilgan ichki diametrga ega bo'lgan nanotubalar to'plami yuqori selektivlik va gaz o'tkazuvchanligi molekulyar elaklarini yaratish uchun asos bo'lib xizmat qilishi mumkin.
Do'stlaringiz bilan baham: |
