Фуллерены и фуллериты. Строение, свойства, методы получения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 3

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 3

ВВЕДЕНИЕ

Термином «фуллерены» называют замкнутые молекулы типа С60, С70, С76, С84, в которых все атомы углерода находятся на сферической или сфероидальной поверхности. В этих молекулах атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников или пятиугольников, которые покрывают поверхность сферы или сфероида. Центральное место среди фуллеренов занимает молекула С60, которая характеризуется наиболее высокой симметрией и, как следствие, наибольшей стабильностью. В этой молекуле (рис. 1), напоминающей покрышку футбольного мяча и имеющей структуру правильного усеченного икосаэдра, атомы углерода располагаются на сферической поверхности в вер- шинах 20 правильных шестиугольников и 12 правильных пятиугольников, так что каждый шестигольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками. Таким образом, каждый атом углерода в молекуле С60 находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника и принципиально не отличим от других атомов углерода.

Термин «фуллерен» берет свое начало от имени американского архитектора Бакминстера Фуллера, который применял такие структуры при конструировании куполов зданий. По этой причине молекулу С60 часто называют бакминстерфуллереном (buckminsterrullerene), а для обозначения класса молекул углерода, имеющих замкнутую сферическую или сфероидальную конфигурацию, используют название «фуллерены». В американской литературе иногда используют также сокращенный термин «бакибол» (bucky-ball). Фуллерены в конденсирован- ном состоянии называют «фуллеритами», а легиро- вание фуллеритов металлическими или другими присадками переводит их в класс «фуллеридов».

Возможность существования стабильной молекулы С60, имеющей замкнутую сферическую форму, неоднократно обсуждалась в литературе задолго до экспериментального обнаружения такой молекулы (1—5) (см.также (6)). Однако история современных исследований началась с работы (7), в которой молекула С60 была зарегистрирована как кластер с магическим числом атомов в нем. Это послужило началом для исследования различных свойств данного кластера (8—13). В результате указанных исследований была надежно установлена замкнутая сферическая структура молекулы С60, объясняющая ее повышенную стабильность. Наряду с этим было показано, что повышенной стабильностью обладает также молекула С70 имеющая форму замкнутого сфероида. Второй этап исследования фуллеренов связан с созданием в 1990 г. относительно простой эффективной технологии производства фуллеренов в макроскопических количествах (14—18). Эта технология позволяет перерабатывать графит в С60 с производительностью порядка 1 г/ч, что обеспечивает практически все потребности исследований. Производительность синтеза С70 оказывается примерно на порядок ниже, однако и этого достаточно для исследования не только тонких пленок, но и поликристаллов, изготовлен- ных из молекул данного сорта.

Исследования фуллеренов оказались в эпицентре развития основных направлений современной физики после того, как в начале 1991 г. было открыто явление сверхпроводимости при Т 33 К поликристаллического C60, легированного атомами щелочных металлов (19—22).

К настоящему времени опубликован ряд обзорных работ, посвященных исследованиям фуллеренов (23—28). Основу данного обзора составляет предыдущий обзор авторов (29), однако интенсивные исследования последних лет изменили представление о проблеме. Целью данного обзора является описать современное состояние рассматриваемой проблемы, проанализировать физическую картину отдельных свойств рассматриваемых систем.