ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Самоподобие структур искусственных фуллеренов из "Введение в междисциплинарное наноматериаловедение " Фуллерены в простейшем случае состоят из фрагментов гексагональных сеток, которые свернуты х двух противоположных краев. На рис. 3.2 и 3.3 показаны фуллерены, полученные к настоящему времени, в том числе прогнозируемые фуллерены-гиганты (кластеры, содержащие более 100 атомов углерода). [c.92] Таким образом, в процессе самоорганизации фуллереновых структур возникают точки неустойчивости системы, отвечающие переходам от термодинамической самоорганизации, контролируемой стремлением системы к минимуму свободной энергии, к динамической, контролируемой стремлением системь[ к минимуму производства энтропии. Эти переходы отражают стремление системы ( в данном случае углеродных кластеров) к самостабилизации. [c.93] Таким образом, данные зависимости энергии связи с числом атомов углерода, представленные на рис. 3.4, позволяют выделить точку бифуркаций с координатами эВ/атом и Параметры этой точки характеризуют достижение неустойчивости кластера с трансляционной симметрией и структурный неравновесный фазовый переход, при достижении которого спонтанно изменяется устойчивость структуры при достижении одной и той же прочности межатомной связи эВ/атом. Максимальной энергии связи К к. в случае п=21 отвечает минимальное критическое значение энергии связи для фуллеренов при п 21. [c.94] В то же время фуллерены С С о и С90 характеризуются более низкой мерой устойчивости симметрии Д ==0,324 при т=4. [c.95] Это следует из значений отношений Ат=70/80=0,875 и Ащ==80/90=0,89 (см. масс-спектр на рис. 3.1). Этим фуллеренам в соответствии с базовой таблицей отвечают Д =0,324 и т-8. [c.95] Таким образом, использование алгоритма 3.1 позволило установить, что сферическая форма фуллерена реализуется при Сх Се,о. Это позволяет тра сговать переход к фуллеренам с Сх Сбо как неравновесный фазовый переход с нарушением геометрической симметрии — переходом от сферической к сфероидальной форме фуллерена. Этот переход сопровождается и сменой механизма обратной связи — переходом от линейной к нелинейной обратной связи. [c.95] Отсюда следует, что такая поверхность должна содержать 12 пятиугольников и произвольное количество шестиугольников. Нарушение этого условия приводит к изменению формы фуллерена — переход от сферической к сфероидальной форме. Таким образом, самоуправляемый синтез фуллеренов включает отбор наиболее устойчивой для данных условий внешнего воздействия форму объекта. [c.95] Как и в случае атомов, наиболее устойчивой конфигурацией объекта является сферическая форма, что согласуется с теорией устойчивости Эйлера. Неслучаен поэтому тот факт, что фуллерен С о обладает наибольшей устойчивостью из всех полученных к настоящему времени фуллеренов. Его свойства приведены в таблице 3.1. Отметим, что отношение числа пятиугольников с числу шестиугольников в фуллерене Сбо отвечает золотому числу 1,618 20/12=1,67 или Ащ =0,60 (обратная величина). В соответствии с алгоритмом (3.1) Ai=0,618. [c.95] Доказанная Эйлером необходимость при образовании объемных замкнутых структур введения 12 пятиугольников приводит к тому, что фуллерены с различным числом атомов углерода различаются только количеством шестиугольников, так как всегда содержат 12 пятиугольников. Наличие в структуре фуллеренов фрагментов с осями симметрии 5-го порядка, запрещенных при трансляционной симметрии, служит подтверждением принадлежности к квазикристаллам углеродных кластеров со сферической или сфероидальной его формой. В малоатомных кластерах (п 25) в принципе не может реализоваться ротационный тип симметрии, так как нельзя в соответствии с теорией Эйлера перейти от плоской структуры к сферической. [c.96] Согласно базовой таблице, при А, =0,83 Д)=0,232 и т 8. [c.98] Эти данные показывают, что образование фуллерена Сбо в виде фуллеритов снижает меру устойчивости симметрии системы с Аг0,465 до Ai=0,232, т.е. с максимальной до значения, близкого к минимальной. [c.98] Сравнение структуры фуллерена Сбо с другими формами углерода (графитом и алмазом) показывает принципиальное отличие структуры Сбо от графита и алмаза не только своей молекулярной формой, но и типом симметрии. Это следует также (рис. 3.9) и из анализа геометрических образов кластеров и фуллеренов. В кристалле алмаза, как известно, каждый атом углерода окружен четырьмя другими, находящимися в узлах тетраэдра. Соседние атомы связаны между собой сильными ковалентными связями, что и определяет твердость алмаза. Среднее расстояние между атомами равно 0,154 нм. В новой форме углерода в противоположность фафиту и алмазу минимальным элементом ее структуры является не атом, а молекула. Это определяет принципиальную разницу между типами упорядочения структуры графита и фуллерена. Кроме того, как установлено в [7], кластеры правильной формы, состоящие из магического числа атомов, обладают подвижностью, сравнимой с подвижностью одиночного атома. Это является следствием кооперативного взаимодействия атомов кластера. [c.98] Рассмотренные особенности структурного состояния фуллеренов и их способность к адаптации системы к росту массы (число атомов углерода) позволяют формировать на базе фуллеренов новые наноматериалы [8,9]. [c.98] Достижения в области получения стабильных фуллеренов определили развитие нового научного направления в химии — нанофазной химии, связанного с синтезированием самоорганизующихся гигантских молекул. Открытие фуллеренов породило развитие технологии получения вытянутых фуллеренов (баррелены) и нанотрубок (т) белены). [c.100] Интерес к фуллеренам как к объектам с особой структурой и фи-зико-химическими свойствами (электрические, магнитные, оптические, механические и др.) стимулировали также создание технологий выращивания фуллереновых монокристаллов (рост из газовой фазы, при кристаллизации из бензола и др.) [8]. [c.100] Дальнейшее развитие физико-химии углеродных кластеров и получения фуллеренов, фуллеритов и фуллериодов будет способствовать созданию новых материалов с особыми физико-химическими свойствами и улучшению механических свойств конструкционных материалов. В этой связи большой интерес представляют результаты недавних исследований, выявившие наличие й железоуглеродистых сплавах (чугуне) фуллереновых структур [8, 9]. [c.100] Вернуться к основной статье