Tushintirishxat I

Uglerodli fullerenlar va nanonaychalar olinishi

ХХ asrning ohiri uglerodning yangi formalari - fullerenlar va nanonaychalar ochilishi bilan shuxrat qozondi. Ushbu kashfiyotning ilmiy va amaliy ahamiyati shunchalik buyukki, hatto bu kashfiyot mualliflari Nobel mukofoti bilan taqdirlandi. Ming yillab uglerodli moddalar - daraxt po'stlog'i, grafit, tabiiy gaz va boshqalar yonganda hosil bo'luvchi oddiy qurumda ham noyob xossali moddalar kashf etilgan edi.

Hozir turli o'lchamli va xossali uglerod nanostrukturalari olishning har xil usullari ishlab chiqilgan. Lekin, hamma usullarning ma'nosi bir xil: nanonaycha va fullerenlar uglerodli materiallarni yuqori temperaturalarda kimyoviy aylanishlari hisobiga hosil bo'ladi.

Grafitni elektrik yoy bilan changlash

• 
  Bu Krechmer tomonidan ishlab chiqilgan, eng tarqalgan usuldir. SHu usulda 1991 yilda yapon olimi Sumio Idjima birinchi marta nanonaycha oldi. Usulning ma'nosi shunday: inert gaz bilan to'ldirilgan kamerada gaz atomlarini ionlashtiruvchi grafit elektrodlari o'rtasida elektrik razryad hosil qilinadi. Katod va kamera devorlari suv yoki suyuq azot bilan sovutiladi.
  

• 
  Gaz bosimi atmosfera bosimidan bir necha marta past, elektrodlardagi kuchlanish 25- 35V va elektrik razryaddagi tok kuchi 100A bo'lganda elektrodlar orasida hosil bo'luvchi plazma temperaturasi 4000K ga etadi. Bunday temperaturada grafit anodning sirti jadal bug'lanadi. Bug'langan uglerod atomlari plazmaning issiq qismidan sovuqroq qismiga borgach, temperaturaning birdan tushib ketishi natijasida kamera devori va katod sirtida sovib, o'tirib qoladi.
  
• 
  Bu cho'kmani elektron mikroskopda qaralganda qurum va grafitdan tashqari yangi tuzilmalar fullerenlar va nanonaychalarni ko'rish mumkin. Bunda cho'kmaning bir qismi - grafit, qurum, va fullereonlar kameraning sovuq devoriga, grafit va nanonaychalar esa katodga o'tirib qoladi.
  

• 
  Grafitni lazerli bug'latish usuli
  
• 
  Bu usulda lazer yordamida bug'langan grafit sovutilgan kollektorga o'tirib qoladi. Grafit nishon 1000°S gacha qizdirilgan uzun kvars naychali pechga joylashtiradi.
  
• 
  Naychaning uzunasi bo'ylab kichik tezlikda yumshatgich gazi (geliy eki argon) o'tkazilib turiladi. Nishon 140 mJ energiyali, impuls davomiyligi 8ns, fokuslangandagi diametri 1,6 mkm bo'lgan lazer nuri dastasi bilan nurlantiriladi.
  

• 
  Grafitning termik changlanishi natijasida hosil bo'lgan maxsulotlar issiq joydan olib ketiladi va sovutilgan kollektorning yuzasiga o'tirib qoladi. Olingan cho'kmada grafit nanozarralaridan tashqari fullerenlar va nanonaychalarni topish mumkin.
  
• 
  Lazerli usulning asosiy afzalligi shundaki, olinayotgan nanonaycha xarakteristikalari lazer nurlanishi parametrlariga juda sezgir bo'ladi. Xususan, nanonaycha diametri lazer nuri quvvatiga bog'liq. Bu esa oldindan belgilangan, kerakli tuzilishga ega bo'lgan nanonaychalar olish imkonini beradi. Usulning kamchiligi uning nisbatan past unumdorligi va keng ko'lamlarda qo'llash qiyinligidir.
  

• 
  Bug'dan kimyoviy cho'ktirish(o'tqazish) usuli
  
• 
  Uglerodli nanonaychalar olishning bu qulay va ommabop turi uglerodli gazni issiq metal katalizator yuzasiga termokimyoviy cho'ktirishga (o'tqazishga) asoslangan. Bu usul uglevodorodlarni katalitikparchalash usuli degan nomni ham oldi.
  

• 
  Uglerodli gaz aralashmasi (odatda atsetilen S2N2 yoki metanning SN4 azot bilan aralashmasi) 700-1000° S temperaturadagi pechkaga kiritilgan kvars naycha orqali o'tkaziladi. Kvars naycha ichida sopoldan qilingan idishchada metal kukunidan qilingan katalizator joylashgan.
  

Gaz atomlarining metal atomlari bilan kimyoviy reaksiyaga kirishi natijasida uglevodorodning parchalanishi katalizator sirtida ichki diametri 10nm gacha va uzunligi bir necha o'n mikron bo'lgan fulleren va nanonaychalarning hosil bo'lishiga olib keladi. Nanonaychaning geometrik o'lchamlari katta darajada jarayon borishi shartlariga(vaqti, temperuturai, bosimi va bufer gazining turi va x.k), hamda katalizatorning dispersiyalanish darajasi va naviga bog'liq.

• 
  

• 
  . Bug'dan kimyoviy cho'ktirish orqali olingan nanonaychalar mikroskopda shunday ko'rinadi
  

• 
  Fulleren va uglerodli nanonaychalarni bug'dan kimyoviy cho'ktirish orqali olishning barcha usullarida bayon qilinishicha, oxirgi materialda amorf grafit, ya'ni qurum, katalizatorlar bilan olinganda esa metallar zarralari hosil bo'ladi. Olingan mahsulot tozaligini oshirish uchun, turli tozalov usullari qo'llaniladi - mexanik usullar (elash, ultratovush bilan ishlov berish, sentrifuga) va kimyoviy (kimyoviy faol moddada yuvib tozalash, isitish va boshq). Bugungi kunda fullerenlar va nanonaychalarni amalda (bir necha litrgacha) barcha uglerodli gazlardan (masalan, oddiy tabiiy gazdan) makroskopik miqdorda olish mumkin. Olimlar yanada tejamkor usulni topishga, ya'ni ularni ommaviy bo'lmasa-da kirishmalar miqdorini minimal miqdorga kamaytirishga urunmoqdalar.
  

•