Физики разгадали тайну "устойчивых фуллеренов"

08.12.2017 13:46 13

Физики разгадали тайну

МОСКВА, 8 декабря Специалисты Национального исследовательского ядерного института МИФИ объяснили механизм устойчивости допированных фуллеренов, тем самым существенно облегчил их промышленное производство и применение (например, в качестве наноэлементов для электроники). Статья об этом исследовании опубликована в авторитетном научном журнале Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures.

Углерод – один из самых распространенных на земле хих элементов, входящий в состав всех органических и многих эклектических соединений. До конца XX века было известно только две его аллотропные формы – алмаз и графит. К сегодняшнему дню ученые открыли разнообразие новых форм, которые уже используют в электронике, фармакологии, энергетике.

В качестве замещающих элементов обычно используют ближайшие соседи углерода в таблице Менделеева: бор или азот, чьи атомы близки к атомам углерода по массе и размерам. Кроме того, допированные этими элементами фуллерены выступают хорошими адсорбентами лекарственных средств и нервнопаралитических газов, эффективно поглощая прибавки.

Однако, бурный всплеск интереса к их промышленному синтезу позволил установить и то, что промышленное изготовление допированных азотом фуллеренов имеет дорогой процент брака – дефектных изомеров, отличающихся от остальных по структуре и свойствам. Под действием высоких температур, необходимых для синтеза, в них возникали так называемые дефекты Стоуна-Уэльса, приводящие к дестабилизации фуллеренового каркаса. И, что важно – такой проблемы не возникало с фуллеренами, допированными бором: те оказывались устойчивыми к высоким температурам.

Взаимодействие атомов фуллерена и распределение электронов внутри его объема описывались в рамках специальных математических моделей, обоснованных на законах квантовой механики. Для расчетов ученые использовали как специализированные программные пакеты, так и уникальные программы самих писателей. Главная трудность состояла в том, чтобы установить геометрию седловой точки : конфигурации фуллерена, при прохождении которой привычное термическое возбуждение становится необратимым – и обязательно приводит к возникновению дефекта.

Полученные в НИЯУ МИФИ результаты позволили полностью объяснить сервомеханизм устойчивости допированных фуллеренов. На основании квантово-механических уравнений авторы довели, что, в отличие от бора, даже подходящий атом азота дестабилизирует скелет фуллерена. Это связано с наличием у атома азота одного дополнительного, по сравнению с углеродом, электрона.

Оказалось, что для разрушения исходного фуллерена С20 правильного затратить 4. 93 эВ деятельности, а для разрушения допированного фуллерена C19N – только 2. 98 эВ. Кластеры с более высоким содержанием нитрогена еще менее устойчивы. Полученные данные позволили сделать вывод о том, что допированные нитрогеном фуллерены очень чувствительны к температурному режиму: понижение температуры в реакторе всего на ~20°C приведет к существенному уменьшению чуточки дефектных фуллеренов, – объясняет Константин Катин.

После выхода публикации работой активно заинтересовались исследователи из разных стран, занимающиеся помехами производства и использования допированных фуллеренов. В ближайшие годы кто знает, может быть создана технология синтеза допированных азотом фуллеренов при пониженных температурах. Она позволит решить помеху дефектных изомеров и обеспечит надежность свойств получающихся кластеров.

Источник

Следующая новость
Предыдущая новость

Система Прозоро на площадке Украинская универсальная биржа Бытовая техника для кухни Ventolux Картинки на космическую тематику Широкий выбор качественных шаблонов для Ucoz по выгодным ценам Северный муксун - всегда свежая рыба из Сибири

Последние новости