Фуллерендерді синтездеу әдістері

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 39 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым Министрлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

Физика-техникалық факультеті

Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

тақырыбы: «Құрамында фуллерен бар күйеден фуллерендерді оқшаулау және соңғы өнімнің шығымдылығын есептеу »

мамандық бойынша 5B071000 - «Материалтану және жаңа материалдар технологиясы»

Oрындaғaн: Садық А. Ғ.

Ғылыми жетекші:

Аға оқытушыИсмаилов Д. В.

Қорғауға жіберілді

Хаттама № “__” 2020 ж.

Кафедра меңгерушісі

PhD, доцент Ибраимов М. К.

Норма бақылаушы

аға оқытушыКенжегулов А. К.

Алматы, 2020 ж.

ТҮЙІН СӨЗ

Дипломдық жұмыс: 42 беттен, соның ішінде 3 кесте, 24 сурет, 5 формуладан тұрады. Пайдаланылған әдебиеттер саны: 51.

КӨМІРТЕКТІ НАНОҚҰРЫЛЫМДАР, ФУЛЛЕРЕН С ₆₀ , ФУЛЛЕРЕН С ₇₀ , ДОҒАЛЫҚ СИНТЕЗ, ЭКСРАКЦИЯ, ТОЛУОЛ, РАМАН СПЕКТРОСКОПИЯСЫ, ОПТИКАЛЫҚ МИКРОСКОПИЯ.

Мақсаты: көміртекті наноқұрылымдар негізінде фуллерендерді кең ауқымда қолдану үшін, физика-химиялық сипаттамаларын бақылау мүмкіндігімен оларды алу және зерттеу.

Объект - көміртекті наноқұрылымдар, атап айтқанда фуллерендер және олардың органикалық еріткіштерді дайындау және бөлу әдістері.

Пән - термиялық өңдеу, доғалық синтез, эксракциялау, алынған фуллерендердің қасиеттерін зерттеу.

Дипломдық жұмыста қойылған талаптар мен мақсаттарға қол жеткізу үшін келесі міндеттер қойылды: доғадағы графитті термиялық буландыру арқылы көміртекті наноқұрылымдарды алу технологиясын зерттеу, органикалық еріткішпен фуллерендерді алу технологиясын зерттеу, нәтижелердің физика-химиялық қасиеттерін зерттеу.

Нәтижелері:

доғалық синтез әдісі арқылы құрамында фуллерен бар күйе алынды;
сокслет құрылғысы арқылы құрамында фуллерен бар күйеден фуллерендер оқшауланды;
алынған фуллерен үлгілерінің физика-химиялық қасиеттері зерттелінді.

РЕФЕРАТ

Дипломная работа состоит из 42 страниц, в том числе 3 таблица, 24 рисунков, 5 формулы. Количество использованной литературы: 51.

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ, ФУЛЛЕРЕНЫ С ₆₀ , ФУЛЛЕРЕНЫ С ₇₀ , ДУГОВОЙ СИНТЕЗ, ЭКСРАКЦИЯ, ТОЛУОЛ, СПЕКТРОСКОПИЯ КОМБИНАЦИОННОГО РАСЕЯНИЯ, ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ.

Цель: разработка и исследование углеродных наноструктур на основе фуллеренов для создания новых материалов для широкого спектра применения, с возможностью контроля физическо-химических характеристик.

Объект - углеродные наноструктуры, в частности фуллерены и их методы получения и разделения органическим растворителем.

Предмет - термообработка, дуговой синтез, экстракция, исследование свойств полученных фуллеренов.

Для достижения поставленных в дипломной работе требований и цели были поставлены следующие задачи: отработать технологию получения углеродных наноструктур методом термического испарения графита в дуге, отработать технологию экстракции фуллеренов органическим растворителем, исследовать физико-химические свойства полученных результатов.

Результаты:

методом дугового синтеза были получены фуллеренсодержащая сажа;
выделяли фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи с помощью устройства Сокслета;
изучены физико-химические свойства полученных образцов фуллеренов.

ABSTRACT

The thesis consists of 42 pages, including 3 table, 24 figures, 5 formulas. Number of references: 51.

CARBON NANOSTRUCTURES, C60 FULLERENES, C70 FULLERENES, ARC SYNTHESIS, EXTRACTION, TOLUENE, COMBINATION SCATTERING SPECTROSCOPY, OPTICAL MICROSCOPY.

The purpose: development and study of carbon nanostructures based on fullerenes to create new materials for a wide range of applications, with the ability to control physical and chemical characteristics.

The object - carbon nanostructures, in particular fullerenes and their methods for the preparation and separation of organic solvents.

The subject - heat treatment, arc synthesis, extraction, study of the properties of the obtained fullerenes.

To achieve the requirements and goals set in the thesis, the following tasks were set: to develop a technology for producing carbon nanostructures by thermal evaporation of graphite in an arc, to develop a technology for the extraction of fullerenes with an organic solvent, to study the physicochemical properties of the results.

Results:

fullerene-containing soot was obtained by the method of arc synthesis;
isolated fullerenes from fullerene-containing soot using a Soxhlet device;
studied the physicochemical properties of the obtained fullerene samples.

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ . . .

КІРІСПЕ . . .: 1 ФУЛЛЕРЕНДЕРДІҢ ҚАСИЕТТЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ СИНТЕЗДЕУ ӘДІСТЕРІ . . .

6: 7

КІРІСПЕ . . .:

1. 1 Фуллерендердің құрылымы мен синтезі туралы алғашқы мәліметтер. . …… . . .

6: 7

КІРІСПЕ . . .:

1. 2 С60 және С70 фуллерендерінің құрылымы . . .

6: 8

КІРІСПЕ . . .:

1. 3 Фуллерендерді синтездеу әдістері

6: 13

КІРІСПЕ . . .:

1. 4 Фуллерендерді оқшаулау және бөлу әдістері . . .

6: 15

КІРІСПЕ . . .:

1. 5 Фуллерендердің химиялық қасиеттері . . .

6: 17

КІРІСПЕ . . .:

1. 6 Фуллерендердің қолданылу аймағы . . .

6: 19

КІРІСПЕ . . .: 2 ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ . . .

6: 23

КІРІСПЕ . . .: 2. 1 Раман спектроскопиясы. . . .

6: 23

КІРІСПЕ . . .: 2. 2 Сканерлеуші электрондық микроскопия.

6: 23

КІРІСПЕ . . .: 2. 3 Оптикалық микроскопия

6: 25

КІРІСПЕ . . .: 3 ТӘЖІРИБЕЛІК ЖҰМЫС . . .

6: 27

КІРІСПЕ . . .: 3. 1 Фуллеренді синтездеу әдісін сынау. . . . .

6: 27

КІРІСПЕ . . .: 3. 2 Фуллерендерді органикалық еріткішпен алу әдісін сынау…. … . . .

6: 32

КІРІСПЕ . . .: Қорытынды. .

6: 38

КІРІСПЕ . . .: Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.

6: 39

КІРІСПЕ

Соңғы үш онжылдықта көміртекті наноматериалдар өзінің бірегей электрондық, оптикалық, жылу, механикалық және химиялық қасиеттерінің арқасында әлем ғалымдарынаң айтарлықтай назарын өзіне аударды және зерттеушілерге іргелі және қолданбалы ғылым саласында елеулі табыстарға қол жеткізуге және озық технологиялар мен қосымшаларды дамытуға мүмкіндік берді [1-3] .

Көміртекті наноматериалдар коммерциялық өнімдерде кеңінен қолданылады. Көміртекті наноматериалдарды, атап айтқанда фуллерендерді зерттеуге бағытталған көптеген ғылыми жұмыстар нанотехнологияның басқа бағыттарына қарағанда әлдеқайда көп. Фуллерендердің ашылуына байланысты көміртекті нанотехнология өзіне елеулі назар аударды, одан кейін көміртекті нанотүтікшелер және, әрине, көміртегі тұқымдас графен де ашылды (1-сурет) .

1-cурет. Фуллерендерді қолдану аймағы

Соңғы уақытқа дейін, фуллерендер көміртекті наноқұрылымдардың ең танымал өкілдері болды және 1990 жылдардың басында көміртекті нанотүтікшелер пайда болғанға дейін нанотехнологияның «эмблемаларының» бірі болды. Алайда, көміртектің осы аллотропиялық модификациясын зерттеудің 30 жылдық тарихына қарамастан, фуллерендер бүкіл әлемнің теоретиктері мен экспериментаторлары ғалымдарының басты назарында болып қала береді [2] .

Жоғарыда айтылғандарды талдай отырып, 1-суретте көрсетілгендей, көміртекті наноматериалдарды әрі қарай зерттеуге, сондай-ақ оларды кеңінен қолдануға кедергі келтіретін мәселелерді шешуге бағытталған зерттеулер өте маңызды екенін атап өтуге болады.

1 ФУЛЛЕРЕНДЕРДІҢ ҚАСИЕТТЕРІ ЖӘНЕ ОНЫ СИНТЕЗДЕУ ӘДІСТЕРІ. 1. 1 Фуллерендердің құрылымы мен синтезі туралы алғашқы мәліметтер.

Фуллерендер ашылмай тұрып, олардың болуы мүмкін екендігі туралы гипотезалар болды. 1966 жылы Д. Доунс дұрыс алтыбұрыштардан тұратын графит қабатына бесбұрышты ақауларды енгізу, тиісті жабық қуыс құрылымның пайда болуына әкелуі мүмкін деп болжады [1] . Коранулленің синтезі хабарланғаннан кейін [2], 1970 жылы Осава алғаш рет футбол добы сияқты формасына ие С ₆₀ молекуласының тұрақтылығы туралы гипотезасын ұсынды (2-сурет) [3, 4] . Кейін бұл молекуланың тұрақтылығы Гюкель әдісі бойынша кванттық химиялық есептеулер арқылы дәлелденді [5-7] .

2-cурет. Корануллен және толық C ₆₀ бейнесі

1984 ж. Ролфинг, Кокс және Колдер графиттің вакуумдағы лазерлік булануы кезінде құрамында 1-ден 190 атомдарға дейінгі CN көміртекті кластерлерін алуға болатынын хабарлады [8] . Бұл жағдайда кластерлердің өлшемі бойынша айқын бөлінуі алынды:1) 1-ден 30-ға дейінгі атомдардың жұп және тақ саны бар кластерлер; 2) 20-дан 90-ға дейінгі атомдардың тек жұп саны бар кластерлер.

Фуллереннің ашылуы 1985 жылы Гарольд В. Крото, Джеймс зерттеушілер тобының арқасында болды. Р. Хит, Шон С., О. Брайен, Роберт Ф. Керл және Ричард Э. Смаллли, олар лазер графит бетін сәулелендіргенде көміртек кластерлерінің пайда болу жағдайларын зерттеді [9] . Олар кластердің қалыптасуының белгілі бір жағдайларында ионның шыңы m/z = 720 болатын, ал қарқындылығы төмен, ион шыңы m/z = 840 болатын өнімнің массалық спектрін алуға болатындығын анықтады. Кейінірек, бұл шыңдар С ₆₀ және С70 молекулаларына сәйкес келгені дәлелденді, олардың құрылымы қисық икосаэдра (симметрия Ih) және эллипсоидтік (симметрия D5h) типті түрінде болады. Бұл ашылым үшін Дж. Крото, Р. Смаллли және Р. Курл 1996 жылы Нобель сыйлығының лауреаттары атанды.

Алғаш рет табылған молекулалар, американдық сәулетші Бакминстер Фуллердің (1895-1983) көптеген еңбектерінде қолданылған «геодезиялық күмбездің» құрылымына ұқсас болғандықтан фуллерен деп аталды.

1. 2 С ₆₀ және С ₇₀ фуллерендерінің құрылымы. Фуллерендердің құрылымдық ерекшеліктері және оқшауланған бесбұрыш ережесі. Фуллерендер - көміртектің жаңа аллотропты модификациясы, ондағы атомдар бес және алты мүшелі сақиналардан (бесбұрышты және алтыбұрышты) құралған көпбұрышты құрайды. Фуллерендерде ең кіші элемент құрылымы графит пен алмаздағыдай атомдардың периодтық торы емес, фуллерендердегі ең кіші элемент құрылымы - молекула болып табылады.

Сонымен қатар, фуллерендердің басқа да құрылымдық пішімдер бар. Мысалы, төрт мүшелі сақинасы (тетрагон) бар C ₆₂ фуллерені [10] және жеті мүшелі сақинасы (гептагон) [11] бар C ₆₈ фуллерені [11] эксперимент түрінде алынды.

Фуллереннің молекулаларының құрылымы Л. Эйлер теоремасына толық сәйкес келеді, оның көмегімен жабық беттерді салу үшін, қажет көпбұрыштардың санын анықтауға болады. Ол полиэдрдегі V шыңдарының, F қырлары мен Е қабырғаларының санын байланыстыратын келесі арақатынастың дұрыстығын бекітеді:

F-E+V=2

(1)

Фуллерендердің көп бөлігі бесбұрыштар мен алтыбұрыштардан тұратындықтан, оларға келесі теңдіктер сәйкес келеді:

F=P+H

(2)

E = \frac{5P + 6H}{2}

(3)

V = \frac{5P + 6H}{3}

(4)

мұндағы, P және H - сәйкесінше бесбұрыштар мен алтыбұрыштар қырларының саны.

Содан кейін, (2) -ні (1) -ге ауыстыру арқылы жабық бетті қалыптастыру үшін 12 бесбұрышты бет пен алтыбұрыштың белгілі бір саны қажет екенін табу оңай. Фуллерен молекуласын құру үшін алтыбұрыш санын мына формула бойынша табуға болады:

H = \frac{V}{2} - 10

(5)

Осылайша, фуллерен молекуласында 12 бес циклды және H алты мүшелі сақиналардың өзара орналасуының көптеген нұсқаларына байланысты изомерлердің көп болуы мүмкін. Мысалы, 12 бесбұрыш және 20 алтыбұрыш түзілген С ₆₀ фуллерені үшін 1812 топологиялық изомерлер белгілі [12] . Алайда, олардың біреуі ғана тұрақты, оқшауланған бесбұрыш ережелерін қанағаттандырады. Осы ережеге сәйкес, көршілес бесбұрыштар жоқ фуллерендер ең тұрақты болып табылады және бесбұрыш тәрізді құрылымдар (бесбұрыштар ортақ байланысқан) тұрақсыз [4, 9, 13] . Бұл ретте, белгілі бір фуллереннің осы ережеге сәйкестігі оның практикалық синтезінің мүмкіндігін бекітпей, басқа изомерлермен салыстырғанда оның үлкен тұрақтылығын көрсетеді.

Фуллерендердің көпшілігі оқшауланған бесбұрыш ережелерін қанағаттандырады, сонымен қатар осы ережеге бағынбайтын фуллерендердің тұрақты туындысының болуын растайтын жұмыстар да бар [14-17] .

3-cурет. Фуллерен С ₆₀ және C ₇₀ молекулаларының құрылымы

Фуллерендер С ₆₀ (Ih симметриясымен изомер) және C ₇₀ (D5h симметриясы бар изомер) оқшауланған бесбұрыш ережелеріне сәйкес келеді (3-сурет), ең тұрақты және нәтижесінде кең таралған және зерттелген.

Фуллерен С60 құрылымының ерекшеліктері. Ih симметриясы бар фуллерен С ₆₀ изомерінің молекуласы дұрыс кесілген икосаэдр құрылымы бар, мұндағы көміртек атомдары 12 бес мүшелі және 20 алты мүшелі циклдің шыңында орналасқан. Бұл ретте әрбір алтыбұрыш үш алтыбұрышпен және үш бесбұрышпен шектеседі, ал әрбір бесбұрыш тек алтыбұрыштармен қоршалған (2-cурет) .

С ₆₀ фуллеренінің құрылымы бірінші рет ЯМР (Ядролық магниттік резонанс) 13c спектрімен расталды, ол бір синглеттен тұрады [18] . Бұл молекулада көміртектің барлық атомдары эквивалентті (яғни молекуланың симметрия операцияларымен бір-біріне аударылады), сондай-ақ, екі типті байланыстардың бөлінуі байқалады: 1) екі алтыбұрыш шекарасындағы 6-6 байланысы; 2) алтыбұрыш және бесбұрыш шекарасындағы 6-5 байланыс. 6-6 байланысы 6-5 байланысына қарағанда айтарлықтай қысқа болып келеді, олардың ұзындықтары 1. 369-1. 406 Å және 1. 43-1. 467 Å (1-кесте) . Осылайша, алтыбұрыштарда екі 6-6 байланысы және бір 6-5 байланысы кезекпен орналасқан, ал бесбұрыштар тек бір ғана 6-5 байланысы бар.

Бесбұрыштар үшін С ₆₀ молекуласындағы валентті бұрыштар 108°, ал алтыбұрыш үшін - 120° мәні бар. Сәйкесінше, сфералық эксцесс ϕ, берілген атом үшін 360° дейінгі үш валенттік бұрыштың қосындысы ретінде анықталған барлық көміртек атомдары үшін 12 ° құрайды.

Осылайша, С ₆₀ фуллеренінің тұрақтылығы молекуланың жоғары симметриясымен (яғни молекула бойынша кернеудің біркелкі таралуымен), сондай-ақ бесбұрыштар мен алтыбұрыштардың планарлығымен анықталады.

1-кесте. Фуллерен С ₆₀ молекуласындағы байланыс ұзындығының мәндері (Å), эксперименталды және есептеу әдістерімен алынған [19]

Әдістері: Әдістері

Байланыс ұзындығы[6-6]:

Байланыс ұзындығы

[6-6]

Байланыс ұзындығы[6-5]:

Байланыс ұзындығы

[6-5]

Әдістері:

Эксперименттік

Байланыс ұзындығы[6-6]: ЯМР

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 370

1. 448

Әдістері: Нейтронография

Байланыс ұзындығы[6-6]: 1. 391

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 444

Әдістері: Газдық электронография

Байланыс ұзындығы[6-6]: 1. 401

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 458

Әдістері: Рентгенді құрылымды талдау

Байланыс ұзындығы[6-6]: 1. 355

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 467

Әдістері:

Есептеулер

Байланыс ұзындығы[6-6]: HF(STO-3G)

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 376

1. 465

Әдістері: HF(7s3p/4s2p)

Байланыс ұзындығы[6-6]: 1. 369

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 453

Әдістері: LDF(11s6p)

Байланыс ұзындығы[6-6]: 1. 390

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 430

Әдістері: HF(tzp)

Байланыс ұзындығы[6-6]: 1. 370

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 448

Әдістері: MP2

Байланыс ұзындығы[6-6]: 1. 406

Байланыс ұзындығы[6-5]: 1. 446

Фуллерен С ₇₀ құрылымының ерекшеліктері. Фуллерен С ₇₀ фуллерендердің ішінде фуллерен С ₆₀ -тан кейін ең кең таралған болып есептеледі. Ол 12 бесбұрыш пен 25 алтыбұрыштардан тұрады және эллипсоидтық пішінге ие.

Ядролық магниттік резонанстың 13С спектрінде (ЯМР) фуллерен С ₇₀ [20] бес шыңнан тұрады, бұл атомдардың бір-біріне баламалы бес тобының болуын көрсетеді. Сонымен қатар, шыңның қарқындылығы 10:20:10:20:10 арақатынасына ие, бұл әр топтағы көміртек атомдарының санын көрсетеді. Осылайша, C ₇₀ толыққанды молекуласының D5h симметриясына сәйкес келетіндігі анықталды.

4-cурет. Шлегель диаграммасы [19]

Фуллерен С ₇₀ молекуласында сегіз түрлі байланыс бар (4-сурет) . Жалғыз және қосарланған байланыстардан басқа, экваторлық аймақта орналасқан бес алтыбұрыштар арасында байланыстар әлсірейді [19], ол есептік және эксперименттік мәліметтерге сәйкес келеді [21] (2-кесте) .

Сондай-ақ, С ₇₀ фуллеренінде С ₆₀ фуллереніне қарағанда циклдердің бұрмалануы байқалады [22] . Ең күшті деформациялар (екі қырлы бұрыштардың мәндері 13°-ге жетеді) делокализацияланған байланыс алтыбұрыштарда байқалады, ал қос және жалғыз байланыстардың ауысуы бар бесбұрыштар мен алтыбұрыштарда бұл аз болады(тиісінше ~1 ° және ~ 5 °) . Яғни, молекула полюстерінде орналасқан атомдар үшін, сфералық эксцесс максимум болады, ал экваторларында орналқан атомдар үшін минимум болады (бетінің қисықтығы аз болған сайын ϕ үлкен болады) .

Осылайша, C ₇₀ фуллеренінің тұрақтылығы молекула бойынша кернеудің біркелкі таралуымен және бесбұрыштар мен алтыбұрыштар арасындағы байланыстардың кезектесуінің аздап ауытқумен байланысты.

1. 3 Фуллерендерді синтездеу әдістері.

Фуллерендерді ең алғаш алған әдіс- фуллерендерді өте аз мөлшерді алған болатын. Бұл мәселенің шешімі 1990 жылы Крецчмер, Лам, Фостиропулос және Хаффман ұсынған әдіс болды [23] .

2-кесте. Фуллерен С ₇₀ молекуласындағы байланыс ұзындығының мәндері (Å), эксперименталды және есептеу әдістерімен алынған [21]

Әдістері

Байланыс

Әдістері:

Байланыс:

Әдістері:

: 1, 461

: 1, 388

: 1, 453

: 1, 386

Байланыс:

: 1, 468

: 1, 425

: 1, 405

: 1, 531

Эксперименттік

Әдістері: Газдық электронография

Әдістері:

Байланыс:

Әдістері:

Байланыс:

: Қатты күйдегі

Әдістері: 1, 464

: 1, 370

: 1, 470

: 1, 370

Байланыс: 1, 460

: 1, 470

: 1, 390

: 1, 410

: электронография

Әдістері:

Байланыс:

Әдістері:

Байланыс:

: Нейтронография

Әдістері: 1, 460

: 1, 382

: 1, 449

: 1, 396

Байланыс: 1, 464

: 1, 420

: 1, 415

: 1, 477

Әдістері:

Байланыс:

: Рентгенді құрылымды талдау

Әдістері: 1, 458

: 1, 380

: 1, 459

: 1, 370

Байланыс: 1, 460

: 1, 430

: 1, 407

: 1, 476

Әдістері:

Байланыс:

Әдістері:

Байланыс:

Есептеу-лер

Әдістері: HF/dzp

: 1, 451

: 1, 375

: 1, 446

: 1, 361

Байланыс:

: 1, 457

: 1, 415

: 1, 407

: 1, 475

Әдістері:

Байланыс:

: BP86/tzp

Әдістері: 1, 454

: 1, 401

: 1, 450

: 1, 395

Байланыс: 1, 449

: 1, 441

: 1, 424

: 1, 471

Әдістері:

Байланыс:

Әдістері:

Байланыс:

Төмендеген қысым кезінде гелий атмосферасында электр доғасында графитті электродтарды жағу арқылы көміртекті "күйе" алу болды. Фуллерендерді көміртекті күйеде бар екені спектроскопиялық жолмен анықталды, біраз уақыттан кейін олар көміртекті күйеден фуллерендерді бензол немесе толуол экстракциясы арқылы бөліп алды.

Орталық аэрогидродинамика институтының ғалымдары ықшам құрылғыны қолдана отырып, жоғары сапалы фуллерендер, көміртегі түтіктері мен алмаздарды өндірудің жаңа әдістерін жасап, патенттеді.

Патенттелген әдістер жоғары сапалы көміртекті наноматериалдарды алуға мүмкіндік береді, ал процестің күрделілігі төмендейді, деп хабарлайды «ИнформНаука».

Әдістің мәні келесідей. Арнайы камерада құрамында көміртегі бар тотықтырғыш заттың әр түрлі қатынасы бар екі қоспа (ацетилен немесе керосин) енгізіледі, ол қоспалардың біреуі жоғары дыбыстық сопло арқылы енеді, екеуі де қарқынды араласады. Содан кейін, камераға арнайы қоздырғыш жіберіледі, нәтижесінде қоспалар жарылып, сол жарылған аймақта бірнеше көміртек атомдарының бірлестігінен тұратын-көміртек кластерлері қалыптасады

Алынған өнімдер камерадан шығып, наноқұрылымды көміртекті алу үшін тез салқындаған кезде кристалданады. Көміртек кластерлері кристалданған кезде, қоспаның жаңа бөлігі камераға енгізіліп, процесс қайталанады.

Патенттелген әдіс бұрын қолданылған әдістерге қарағанда жоғары сапалы фуллерендер, нанотүтікшелер мен алмаздарды алуға мүмкіндік береді. Мысалы, жасанды алмаздың құрамында аз мөлшерде қоспалар болады, себебі алынған өнімдер камерада аз уақыт тұрады. Сонымен қатар, көміртекті наноматериалдарды өндірудің күрделілігі төмендейді, ал оларды өндіруге арналған жаңа құрылғы ыңғайлы болып келеді.

Плазма әдістері. Плазма әдістерінің ең танымал түрлерінің бірі - доғалық разрядта фуллерендерді алу болып табылады (ARC синтезі) . Синтез инертті газ атмосферасында 150-500 тор [24] қысымымен жүзеге асырылады. Доғаны шығару үшін, байланыссыз әдісті қолданған жөн, яғни доғаны тұтатқаннан кейін электродтар бір-бірінен белгіленген қашықтықта ұсталады (доғалар олардың арасындағы саңылауда күйіп кетеді) .

Доғасы тікелей токпен қамтамасыз етілгенде, негізінен анодты электрод буланып кетеді. Көміртекті бу доғаның жану аймағынан алынады, содан кейін арнайы салқындатылған камераның бетіне конденсацияланады.

Доға аймағында буферлі газ шығыны қамтамасыз етіледі, әйтпесе, бу тек конвективті ағындардың әсерінен кететін еді. Бұл жағдайда көміртегі буларының едәуір бөлігі катодта конденсацияланады, бұл фуллерендердің шығуының азаюына әкеледі [25] .

Буферлік газ, сондай-ақ, көміртегі атомдары мен өсіп келе жатқан көміртегі кластерінің энергиясын сөндіру үшін қажет, бұл синтездің қажетті шарты болып саналады, өйткені доғадағы көміртегі атомдары тұрақты кластерлердің пайда болуына кедергі келтіретін жоғары энергияға ие. Көміртегі бөлшектрінен фуллерен молекуласын жинау процесі де энергия бөлумен өтеді. Гелий ең қолайлы буферлік газ екендігі анықталды, өйткені оның атомдары жеңіл, сонымен бірге қозған молекулалардың тербелістерін сөндірудің жоғары тиімділігі бар.

Әдебиеттерге сәйкес, доғалық синтез өнімдеріндегі фуллерендердің құрамы бір-екі пайыздан, бірнеше ондаған пайызға дейін өзгеруі мүмкін. Көміртекті "күйе" құрамында С ₆₀ (шамамен 90 %) және С ₇₀ (шамамен 10 %) фуллерендерінің қоспасы болады, сондай-ақ жоғары фуллерендердің аз мөлшері бар [25] .

Фуллерен синтезінің тағы бір плазмалық әдісі - индукциялық плазманы пайдаланумен байланысты. Бұл типтегі плазма электродсыз, өйткені ол индукциялық индуктор катушкасының көмегімен плазмалық генератор камерасында құрылған ауыспалы магнит өрісі арқылы қозғалады және оған қолдау көрсетіледі. 0, 01 Тор қысымында ұсталатын мұндай камерада көміртегі атомдары бар газдар (мысалы, спирттер мен көмірсутектер) енгізіледі. Плазмада С ₂ радикалдары болады және олар Ar, He, N ₂ немесе H ₂ газдарымен салқындатылады. Құрамында фуллерендер бар плазма камерасының қабырғаларында жиналады [26, 27] .

Сондай-ақ, фуллерендерді алу үшін құрамында қатты өнімді жинау және фуллерендерді оқшаулау үшін салқындатылған ыстыққа төзімді пластиналы экранның алдында ыдырау үшін ыстық плазмада қыздырылатын CS2 типті көміртегі бар қосылыстар қолданылады [28] .

Омды электрлік қыздыру. Бұл синтез әдісі көміртекті немесе графитті мөлдір камерада, белгілі бір инертті газ қысымымен (мысалы, 200 Тор) қыздыру, электрлік жылытумен және концентрацияланған күн радиациясымен 3000-4000 °C температурасына дейін қыздыруды қамтиды. Осыдан кейін, фуллерендер камераның қабырғаларынан жиналады немесе инертті газдан алынады [29] .

Графиттің индуктивті булануы. Фуллерендерді синтездеудің тағы бір әдісі - бор нитридінің субстратында орналасқан көміртегі үлгінің индукциялық булануы. Синтез гелий атмосферасында шамамен 2700 °C температурада жүзеге асырылады. Эксперимент барысында 1г графит 10 минут бойы ағады, ал алынған күйеден мг-ға дейін фуллерен сығындысын бөліп алуға болады [30] .

Корона разряды. Бұл процесс құрамында 30-60% СО бар газ қоспасын реакциялық ыдысқа енгізуден және ыдыста Корон разрядын орнатудан тұрады. Бұл аппаратта қыздырылғаннан ақ түске айналған бір немесе бірнеше графитті электрод болады [31] .

Графитті электродты сәулемен буландыру. Бұл әдіс фуллеренді күйенің құрамында жоғарғы фуллерендердің көп болуымен ерекшеленеді. Негізгі синтез өнімі C ₇₀ фуллерен болып табылады, ал С ₆₀ фуллерен сығындысының қоспасы ретінде болады. Сонымен қатар, оның құрамына C ₇₆ , C ₇₈ , C ₈₂ және C ₈₄ фуллерендері кіреді [30, 32] .

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.