Исследования электрохимических свойств растворов фуллеренов

Исследования электрохимических свойств растворов фуллеренов, проводимые в лаборатории, показали принципиальную возможность получения пленок фуллеритов и фуллеренсодержащих продуктов из углеводородных растворов электрохимическим способом.
Химический состав пленок, их структура, морфология, толщина, плотность и физикохимические свойства зависят в первую очередь от полярности электрода на котором они образуются, от типа углеводородного растворителя, состава фонового электролита, а также от условий проведения электросинтеза, в частности от напряжения на электродах.
Раствор толуол-этанол (ТЭ) с активными добавками является достаточно хорошим электролитом и использовался в работе как для исследования электрохимических свойств фуллеренов, так и для электроосаждения их в виде покрытий или получения большого количества продукта в виде фуллеритов или их соединений на электродах.

Зависимость I(U) рабочих растворов: 1 — толуол-этанол (ТЭ) 2 — толуол-фуллеренн-этанол (ТФЭ) 3 — ТФЭ с добавкой КОН

Выше представлена зависимость силы тока от разности потенциалов между электродами для ТЭ- и ТФЭ- растворов со следами хлорид — ионов (кривая 1 и 2 соответственно), где концентрация фуллеренов в ТФЭ- растворе соответствовала 2,5 мг/мл, а добавка этанола к толуолу по объему в обоих растворах составляла 50 % об. Кривая 3 соответствует зависимости I(U) для электролита ТФЭ с добавкой KOH — 0,1 мг/мл, этанола 10 % об. и фуллеренов 2,1 мг/мл.
Наличие фуллеренов в растворе приводит к некоторому изменению вольтамперной характеристики по сравнению с таковой для ТЭ-раствора. Зависимость I(U) становится практически линейной в области измеряемых напряжений.
Различия в структуре анодных и катодных пленок, полученных при электролизе толуол-фуллерен-этанолового (ТФЭ) раствора при разности потенциалов между электродами 200 В, иллюстрирует рисунок.

Фуллеренсодержащие пленки, полученные на аноде и катоде соответственно

Зависимость структуры пленок от состава фонового электролита иллюстрирует рисунок ниже, где представлена столбчатая структура катодной пленки, полученной при электролизе ТФЭ раствора с добавкой KBr при напряжении на ячейке 5 В.

Столбчатая структура пленоки

Предложенный метод может быть использован как для нанесения фуллеренсордержащих покрытий специального назначения, так и синтеза соединений фуллеренов с органическими и неорганическими веществами.
Кроме того, дальнейшая термическая и термохимическая обработка фуллеренсодержащих покрытий позволяет получить либо пленки с оригинальными свойствами, либо покрытия, состоящие из продуктов взаимодействия фуллеренсодержащей пленки с подложкой.
В последнем случае могут образовываться пленки с определенным химическим составом плавно переходящим в карбид (в случае карбидообразующих элементов и соединений металла подложки), а затем в твердый раствор углерода в подложке. Например, полученная поверхность будет обладать трибологическими свойствами фуллерена и твердостью карбида, сохраняя уникальность химического состава покрытия.
Пробивное напряжение является одним из основных показателей для определения эксплуатационных характеристик трансформаторных масел. В отличии от других показателей, его применяют для анализа проб масел почти всех видов маслонаполненного электрооборудованимя.
Проводимые электрохимические исследования изменения электрической прочности трансформаторных и конденсаторных масел с добавкой фуллеренов показали, что благодаря добавке фуллеренов в конденсаторные и трансформаторные масла этот показатель может увеличиваться на 6-7 % при добавке 1г фуллерита на 1 литр масла.
Добавки фуллеренов в моторные масла приводят к увеличению срока службы деталей благодаря образованию на поверхности металлов многослойного углеродного покрытия. Оно состоит из фуллеренов, карбидного слоя и слоя твердого раствора углерода в металле, плавно переходящего в чистый металл. Это позволяет не только создать пары с низким коэффициентом трения, но и упрочнить (карбидизировать) поверхность трущихся деталей.

Прибор для изучения электрохимических свойств растворов фуллеренов (изготовлен в Лаборатории), позволяющий получать фуллереноподобные пленки с различными физическими свойствами