Словарь нанотехнологий
Фуллерен

Фуллерен

Термин

фуллерен

Термин на английском

fullerene

Синонимы

buckyball

Связанные термины

кластер, магические кластеры, нановискер, луковичная форма углерода, нанометр, углеродные наноматериалы, фуллерен, эндоэдральный, хроматография, векторы на основе наноматериалов, фуллерид

Определение

Аллотропная модификация углерода, часто называемая молекулярной формой углерода, включающая целый ряд атомных кластеров C_n (n = 20-540).

Описание

Фуллерены C_n с n < 60 мало устойчивы. Наибольшую стабильность имеет фуллерен C₆₀ со структурой правильного усеченного икосаэдра,  как следствие - это наиболее распространённая и изученная молекула из всего семейства фуллеренов. В молекуле фуллерена C₆₀ атомы углерода образуют замкнутую полую сферическую поверхность, состоящую из 5- и 6-членных колец, причем каждый атом имеет координационное число, равное трем, и находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника. Формирование замкнутой сферической структуры происходит благодаря внедрению 5-членных колец в гексагональные графитовые плоскости. Пятиугольник, встроенный в графитовую плоскость, индуцирует ее искривление на 30 ?, поэтому во всех фуллеренах имеется 12 пятиугольников, что обеспечивает замкнутую поверхность, и n шестиугольников. Таким образом, все эти молекулы отличаются друг от друга количеством шестиугольников. Диаметр молекулы фуллерена C₆₀ составляет 0.72-0.75 нм. Высокой стабильностью обладает также фуллерен C₇₀ в форме замкнутого сфероида. Фуллерены можно рассматривать как сферическую форму графита, так как механизмы межатомного связывания в фуллерене и объемном графите в большой степени подобны. Как правило при кристаллизации из растворов или газовой фазы C₆₀ образует трехслойную упаковку, соответсвующую гранецентрированной кубической сингонии.

Фуллерены получают электродуговым, электронно-лучевым или лазерным распылением графита в атмосфере He при давлении газа ~10⁴ Па. Образующаяся сажа конденсируется на холодной поверхности реактора, собирается и обрабатывается в кипящем толуоле, бензоле, ксилоле или других органических растворителях. После выпаривания раствора образуется черный конденсат, который примерно на 10-15 % состоит из смеси фуллеренов C₆₀ и C₇₀ в отношении 3:1 и содержит около 2 вес.% более тяжелых фуллеренов.

Введением во внутреннюю полость фуллерена атома какого-либо металла получают эндоэдральные фуллерены M@C_n, присоединением функциональных групп по двойным связям фуллерена получают экзоэдральные фуллерены C₆₀X_n (X = H, I, Br, Cl, F, -CF₃ n = 2-48), замещением углерода атомами другого сорта получают замещенные фуллерены (например, C₅₉B, C₄₈N₁₂, C_59-2nFe, где n = 0-10 или C_{60, 70}M_x, где M = Rh, Ir и x = 3-15 для Rh и x = 2-5 для Ir).

Авторы

• Гусев Александр Иванович, д.ф.-м.н.
• Гольдт Илья Валерьевич, к.х.н.

Ссылки

1. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Изд. 2-е, исправленное и до-полненное. Москва: Наука-Физматлит, 2007. 416 с.
2. Gusev A.I. Rempel A.A. Nanocrystalline Materials. - Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. - 351 p.
3. Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский А.Я., Трушков И.В., Иоффе И.Н. Фуллерены. - Москва: Экзамен, 2005 - 687 с.

Иллюстрации

Структуры фуллеренов Cn (n = 24-70) и замещенного фуллерена C48N12