58. Фуллерендер, нанотүтікшелер қасиеттері

Алғ ашқ ы фуллеренді, яғ ни осы қ осылыстар класының ө кілі бакминстерфуллерен (C60) 1985 жылы Райс Университетінде (Хьюстон, штат Техас, АҚ Ш) Ричард Смолли, Роберт Керл, Джеймс Хит, Шон О'Брайен жә не Гарольд Крото графитті лазерлі сә улелендіру арқ ылы, плазманы синтездеу жолымен алды. 1990 жылы В. Кретчер жә не Д. Р. Хоффман қ атты фуллерендерді микрокристалдар тү рінде синтездеп алды.
Фуллерендер– кө міртегінің аллотроптық формалар классына кіретін молекулалық қ осылыстар (алмаз, графит жә не карбин). Фуллерен молекуласы 20 алты бұ рышты жә не 12 бес бұ рыштыатомдардан қ ұ ралғ ан футбол добына ұ қ сас болады (ө лшемі метрден миллиард есе кіші). Бұ л тұ рақ ты форманы С60 фуллерені деп атайды. Доп сияқ ты формадағ ы фуллеренді тасымалдағ ыш Фуллерендер кө міртек атомының саны n=30-120 болатын қ уыс сфералы кластерлер. С₆₀, C₇₀, C₇₆жә не тағ ы басқ а фуллерендер жеткіліктімө лшерде алынатыны белгілі. С₆₀ формасы ең тұ рақ тысы жә не тағ ы басқ а фуллерендер жеткіліктімө лшерде алынатыны белгілі

Фуллереннің ионизация потенциалы-7, 6эв, электронғ а тартқ ыштық - 2, 6-2, 8эв. C₂ “жұ лып алу” жә не C₅₈ тү зілуінің диссоциация энергиясы- 4, 6эв.

С₇₀ фуллерені жоғ ары температурағ а дейін қ атты кү йде сақ талады s_subH⁰_{298. 15} =200. 3 кДж/моль. Газды ортада тү зілу энталпиясы s_f H⁰ =2755 кДж/моль, С₇₀қ анық қ ан буының қ ысымы: lnP(кПа)=19, 3-22835/T (температураТ=1100К болғ анда р=200 Па). Осылай, фуллерендерді жинайтын жазық тық Т< 800К С₆₀ ү шін жә не Т< 900 К С₇₀ү шін. Керісінше конденсацияны болдырмау жазық тық температурасы С₆₀ү шін Т> 1100 К жә не С₇₀ү шін Т> 1200 К болу шарт.

С₆₀ молекуласы ө зінің термиялық тұ рақ тылығ ын 1700 К дейін сақ тайды, жоғ ары температураларда ол баяу ыдырайды. Т=1720 К болғ анда ыдырау жылдамдығ ының константасы n_р =10 с^-1 тең, ал Т=1970К -n_р =300 с^-1[2]

Фуллерендер екі типті химиялық қ осылыстар тү зуге бейім: экзоэдрлік(атомдар, иондар мен молекулалар кө міртекті қ аптаманың сыртында орналасады)Эндоэдрлік(атомдар, иондар мен молекулалар кө міртекті қ аптаманың ішкі қ абатында орналасады). Сонымен бірге фуллерендегі кө міртек атомдарын басқ а элемент атомдарымен алмастыруғ а болады. Экзоэдрлік қ осылыстардың тү зілуін кө бінесе фуеллерендердің функционализациясы деп атайды. С₆₀ фуллерендердің химиялық реакцияларын бірнеше топқ а жіктеуге болады: тотық сыздану, нуклеофильді қ осылу, циклоқ осылу, галогендеу, гидрлеу, радикалдарды жалғ ау, тотығ у жә не электрофильді реагенттермен ә рекеттесу. Мысалы, тотық сыздану реакциясын алсақ, фуллерен молекуласы 12электронғ а дейін қ осып алып, С₆₀^n-аниондарын тү зуге қ абілетті. Тотық сыздану электрон донорларымен ә рекеттескенде, сонымен бірге электрохимиялық, фотохимиялық ә діспен жү зеге асырылады. Фуллерендердің тотық сыздандырғ ышы ретінде кө птеген органикалық қ осылыстар қ олданылады. Ерітінділерде тотық сыздану барысында С₆₀^-, С₆₀^2-, С₆₀^3-, С₆₀^4-тұ здары алынғ ан. Фуллерендердің металдармен қ осылыстарын фуллериттер д. а. Бү гінде Фуллерендердің сілтілік металдармен МС₆₀, М₃С₆₀жоғ ары қ ысымда толық қ айта топтасу нә тижесінде тү зілетін М₄С₆₀жә неМ₆С₆₀ қ осылыстары алынғ ан. Нуклеофильді қ осылу реакцияларына бірнеше топтардың жалғ ану реакцияларын жатқ ызуғ а болады: кө міртек қ ұ рамды нуклеофильдердің, аминдердің, гидроксидтердің фосфорқ ұ рамды нуклеофильдердің қ осылуы. нуклеофильдердің қ осылу кезінде 1, 2-қ осылу реакциялары жү зеге асады. Кө п таралғ ан нуклеофильдердің қ осылу реакцияларына циклопропандау реакцияларын жатқ ызуғ а болады жә не бұ л реакция Бингель реакциясы д. а.

С₆₀+Et(O)CCCO(O)Et→ EtO(O)-C-CO(O)OO

Галогендеу. С₆₀фуллерендерфторменә рекеттесіптү ссізнемесесарытү стіС₆₀Fn қ ұ рамдыө німдержиынынтү зеді. Сұ йытылғ анфторменС₆₀фуллерендербө лметемпературасынанбастапақ ә рекеттесебастайды, алтерең ірекфторлаужү ргізуү шінтемператураны 200-300⁰С –қ адейінарттыруқ ажет. Фторменең қ анық қ анү лгілерС₆₀F₄₈формуласынасә йкескеледіжә не 335⁰С–таалынғ ан.

С₇₀молеуласыдадә лосындайқ асиеткө рсетедіжә нефторлану 1, 4-қ осылуданбасталады. Бұ лкездегітү зілетінқ анық қ анкү йС₇₀F₄₈формуласынасә йкескеледі. Бұ лкездефторланудә режесіС₆₀F₄₈жағ дайындағ ыдай 80%қ ұ райды. Фуллерендердің фторидтерітұ рақ тылығ ыжә нешығ ымыә ртү рліизомерлертү зеалады. Мысалы, дифторидС₆₀F₂ 2 тұ рақ тылығ ыжоғ арыформалартү зеді: 1, 4-изомержә не 1, 2-изомер. Фторланғ анфуллерендерішіндекө пбө лігіфторменсақ инатү зіпбайланысқ анС₆₀F₁₆, С₆₀F₁₈, С₆₀F₂₀тұ рақ тыизомерлерінің қ ұ рылымдарысызық тыболыпкеледі. Бұ лкездемолекулакү штіполярлыболады. Кө міртекті нанотү тікшелер – диаметрі бірден бірнеше ондағ ан нм-ге дейін, ал ұ зындығ ы бірнеше см болатын созылмалы цилиндрлік қ ұ рылымдар. Олар бір немесе бірнеше тү тікшеге оралғ ан гексагональды графитті жазық тық тардан тұ рады жә не фуллерен молекуласының жартысы ретінде қ арауғ а болатын жартылай сфералық баспен аяқ талады. 1991 жылы жапон зерттеушісі С. Иджима плазманың электр доғ асында графитті тозаң дату арқ ылы алынғ ан кү йені электрондық микроскопта қ арағ анда диаметрі бірден бірнеше нм- ге дейін, ал ұ зындығ ы бірнеше мкм болатын цилиндрлік қ ұ рылымды жұ қ а созылғ ан жіпшелерді кө рді. Олар бір немесе бірнеше тү тікшеге оралғ ан гексагональды графиттік қ абық шалардан тұ рды. Жә не бү йірлері жартылай сфералық баспен жабылғ ан еді. Оларды нанотү тікшелер деп атады. Дұ рыс алты бұ рыштары бар жә не тө белерінде кө міртек атомдары орналасқ ан жазық тық идеал нанотү тікшелер болып есептеледі. Мұ ндай операцияның нә тижесі нанотү тікше осіне қ атысты графиттік жазық тық тың бағ дарлану бұ рышына байланысты. Ал бағ дарлану бұ рышы ө з кезегінде нанотү тікшелердің хиральдігін анық тайды. Хиральдік арқ ылы нанотү тікшелердің электрлік қ асиеттері сипатталады. Қ олданылуы: Механикалық қ олданылуы: ө те берік жіптер, композитті материалдар, нанотаразылар. Микроэлектроникада қ олданылуы: транзисторлар, нанопроводтар, мө лдір ө ткізгіш беттер, отындық элементтер. Биологиялық нейрондар мен жаң а нейрокомпьютерлік саладағ ы электрондық қ ұ рылғ ылар арасындағ ы байланысты жасау ү шін қ олданылады. Капиллярлық қ олданылуы: активті молекулаларғ а арналғ ан капсулалар, металлдар мен газдардың сақ талуы, нанопипеткалар.

Оптикалық қ олданылуы: дисплейлер, жарық диодтары. Бір қ абырғ алы нанотү тікшелер газдық ортада немес ультра жоғ ары сезгіш ерітінділерде молекулаларда анық тау ү шін қ олданылатын кішкентай ө лшемді датчиктер болып табылады.. Ғ арыштық лифтіге арқ ан: теориялық тү рде нанотү тікшелер ү лкен салмақ ты кө тере алады (квадрат миллиметрге тоннағ а дейін). Бірақ ұ зын, ә рі қ абырғ аларының қ алың дығ ы бір атом болатын нанотү тікшелер алу ә лі кү нге дейін мү мкін болмай отыр. Осының салдарынан қ ысқ а нанотү тікшелерді қ осудан алынғ ан жіптер қ олданылады. Бұ л беріктіктің нашарлауына ә келеді. Нанотү тікшелерден жасалғ ан беттерді жазық мө лдір громкоговоритель ретінде қ олдануғ а болады. Осындай жаң алық ты қ ытай ғ алымдары ашты.

⇐ Предыдущая 16 17 18 19 202122 23 24 25 Следующая ⇒