Физики разгадали тайну "устойчивых фуллеренов"

08.12.2017 13:46 12

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

Бонусы на онлайн игральных слот автоматах в клубе ГМСлотс Казино Строительные трубы высокого качества Сыграйте в бесплатные игральные видеослоты на азартном портале Игровой Клуб Вулкан Поставщик электротехнического оборудования Выгодные условия получения займа

Последние новости