Санкт-Петербургский Университет Технологии и Дизайна Кафедра наноструктурных,

Санкт-Петербургский Университет Технологии и Дизайна Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса Фуллерены Доктор технических наук, профессор Александрович ЛЫСЕНКО Санкт-Петербург 2010

Историческая справка § 1933 г – из нефтяной фракции выделен трициклодекан – С 10 Н 16, § С 10 Н 16 – адамантан – молекула с объемным углеродным каркасом, § позже были синтезированы другие объемные молекулы, § 1973 г – высказано предположение о возможности существования стабильных полых молекул, состоящих только из углерода, § 1985 г – доказано наличие среди природных соединений молекулы С 60 и С 60 Н 36, § 1990 г – разработан способ получения и выделения С 60, § 1996 г – открыты металлокарбоэдрены – объемные полые молекулы с углерод-металлическим каркасом Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 2

Графит - алмаз Термодинамические представления Фазовая диаграмма углерода Линии межфазного равновесия: а) графит – алмаз, б) графит – жидкий углерод, в) алмаз – жидкий углерод, е г) алмаз – метастабильный графит, д) графит – метастабильный алмаз е) выше точки е находится гипотетический сверхплотный металлический углерод 1 атм = 101, 325 к. Па = 1. 01325 бар Температура в центре ядра Земли 5000 °С, плотность 12, 5 т/м 3, давление до 361 ГПа = 3, 6 млн бар Плотность ртути 13, 5 г/см 3 Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 3

Графит - фуллерит Термодинамические представления üФуллерит – твердое состояние фуллерена, üФуллерит не является аллотропной модификацией углерода, газ 60 С → газ С 60 + Q üМолекулы С 60 крайне стабильны и устойчивы по отношению к воздействию температур (1000 – 1200 °С), üФуллерит – твердое состояние фуллерена – легко сублимируется Диаграмма Гиббса Фазовая диаграмма фуллерита Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 4

«Полимерные» формы фуллерита Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 5

Кристаллические формы фуллерита Некоторые физические константы фуллерита Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 6

Получение фуллеренов Лазерный генератор фуллеренов Смолли Масс-спектр кластеров углерода Øатмосфера – гелий, Øимпульсный неодимовый лазер с длиной волны света 532 нм, Øтемпература реактора 1200 °С Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 7

Получение фуллеренов Электродуговые методы Установка Кречмера Бесконтактный метод § атмосфера – гелий, § атмосфера – гелий, статика § углеродные электроды, § температура 2500 – 3500 °С, § выход 10 % § выход 44 % Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 8

Получение фуллеренов Солнечная установка Смолли § атмосфера – аргон, § графитовая мишень, § температура 3000 – 4000 °С, § выход 0, 03 - 9 % Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 9

Выделение фуллеренов § Сублимация в вакууме при температуре 450 – 600 °С, § Экстракция Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 10

Очистка и идентификация фуллеренов ØОбъем производства фуллеренов, заявляемый японской компанией Frontier Carbon Corporation может достигать в настоящее время несколько тонн в год. ØТакие объемы производства должны привести к снижению цен на фуллерены от 2, 5 до 0, 25 USD за грамм Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 11

Применение фуллеренов «Фуллерены – пример неосуществленных возможностей. Начиная со сверхпроводимости и кончая смазками, фуллерены не улучшили уже существующие материалы» Анализ патентов Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 12

Выводы по анализу патентов § Большое количество патентов говорит о том, что исследования в области фуллеренов развиваются, § Наиболее перспективны для создания новых материалов и технологий модифицированные фуллерены, а не нативные углеродные кластеры, § Наибольшее количество работ посвящено использованию фуллеренов в полупроводниковой технике и наноэлектронике: фотодиоды, транзисторы, солнечные батареи, § Фуллерены и их производные малотоксичны и, соответственно, перспективны для использования в медицине, § Перспективно использование фуллеренов в качетсве сенсорных материалов, § Некоторые полимер-фуллереновые композиты способны к электролюминисценции Кафедра Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса слайд 13