Web design by Aleksey D. Zolotarenko | Contact Us

a1.jpg

к.х.н.
Ан.Д. Золотаренко

сотрудник

a2

В.И. Ткачук
сотрудник

Ленивый человек в бесчестном покое сходен с неподвижною болотною водою, которая, кроме смраду и презренных гадин, ничего не производит.

Михаил Васильевич Ломоносов

Наши математические затруднения Бога не беспокоят. Он интегрирует эмпирически.

Альберт Эйнштейн




Синтез эндофуллеренсодержащей сажи

Благодаря способности фуллеренов к образованию новых соединений посредством присоединения к фуллереновой молекуле различных химических элементов открываются большие перспективы для создания мириадов новых материалов с уникальными физическими, химическими, механическими и другими свойствами.
Как известно, в ходе дугового синтеза кроме фуллеренсодержащей сажи, в которой могут образоваться эндофуллерены, в качестве побочного продукта на катоде образуется нарост, называемый депозитом. Депозит образуется в ходе испарения графита за счет переноса части заряженных углеродных частиц с испаряемого анода на катод. Частицы, адсорбируясь на поверхности, располагаются таким образом, чтобы вновь образующийся углеродный слой имел минимальное электросопротивление, т.к. слой в момент образования становится тоководом и через него (т.е. через структурные единицы, его составляющие) протекает поток электронов силой тока от 100 до 300А.




Внешний вид катодного депозита

Таким образом, ещё на этапе своего формирования материал депозита уже запрограммирован на устойчивость к большим токовым нагрузкам. По этой причине наноструктурные составляющие депозита, которыми являются многостенные углеродные нанотрубки, по своим электромеханическим свойствам могут быть использованы в силовых блоках наноэлектронных схем.
При испарении графита совместно с каким-либо элементом (в ходе синтеза эндофуллеренов) депозит может формироваться из двух элементов и более. Его структура и свойства во многом будут зависеть от свойств допирующего элемента, в частности от того образует ли он карбиды, твердые растворы углерода или вовсе не взаимодействует с ним.




Углеродные нанотрубки, составляющие сердцевину депозита

Образование новых фуллереноподобных соединений может протекать двумя путями: присоединением атома или группы атомов к оболочке фуллерена с внешней стороны сферы (экзосоединения) и введением атома элемента или группы атомов в объем фуллереновой сферы. В последнем случае образуются эндофуллерены. Если первые соединения могут быть синтезированы при проведении привычных химических реакций в жидкой или газовой фазах, то образование эндофуллеренов - трудоёмкий процесс, требующий больших затрат энергии. Электродуговой синтез фуллеренов путем испарения электрода определенного состава позволяет синтезировать эндосоединения в микроколичествах.


Эндофуллерены с одним и двумя внедренными атомами

При синтезе эндофуллеренсодержащей сажи особенно важным моментом является приготовление Ме-графитового композита и введение его в испаряемый электрод (анод). В настоящее время в лаборатории используется четыре способа подготовки электродов. В графитовый стержень допирующий элемент может быть введен во весь объем или локально. Во весь объем металл можно ввести пропиткой уже готового электрода или исходного графитового порошка с последующим прессованием из него электрода. Нами используется первый способ.
Локально металлуглеродный композит может вводиться в электрод вдоль его оси. Для этого по оси стержня высверливается полость, в которую затем засыпается допирующий элемент. В этом случае композит готовится различными способами. В лаборатории используется три хорошо известных метода: 1) приготовление механической смеси в шаровой мельнице в среде водорода; 2) химическое осаждение различных элементов на графитовый порошок в жидкой фазе; 3) механическое смешивание порошка графита с легковосстанавливающимися солями элементов с последующим отжигом в среде водорода. Приготовленные таким образом композит-содержащие электроды испаряют в среде гелия при определенных технологических условиях.
Атомы и наночастицы углеродометалличес-кой паровой смеси, образующейся при испарении электрода в электрической дуге, вырывающейся из межэлектродного пространства, взаимодействуют между собой в ходе движения к стенке реактора, образуют различные наноструктуры и конденси-руются на стенках реактора. В состав этой смеси входят как чистые фуллерены, так и эндофуллерены. Количество атомов, внедренных в молекулу эндофуллерена, сильно влияет на физико-химические свойства образующегося вещества.
В лаборатории эти эксперименты проводятся на научно-исследовательской установке дугового испарения графита (реакторе В.Бубнова).


Лабораторная научно-иссследовательская установка дугового испарения графита (реактор Бубнова)

Задачей настоящей исследовательской группы является отработка оптимальных технологических режимов при синтезе эндофуллеренов, содержащих тот или иной химический элемент. На сегодняшний день синтезирована эндофуллеренсодержащая сажа с более, чем двумя десятками химических элементов.