Ғылым министірлігі
жүктеу/скачать 228,9 Kb.
|
312к-хи Бейсен Ақмарал
- Бұл бет үшін навигация:
- 2.Фуллереннің өндірістегі орны
| 1.Фуллереннің ашылуы:
Фуллерендердің ашылуының өз тарихы бар екенің атап өту керек: 60 атомдардан тұратын көмiртектiң бар болуы мүмкіндігін Жапонияда 1971 жылы болады деген және Ресейде 1973 жылы теория жағынан дәлелденді. Бiрақ, оның болуы тұралы ешқандай дәлелдерi болмады. Фуллереннің ашылуы жұлдыз аралық кеңiстiктегi материяның табиғатын зерттеу нәтижелерінің белгілі дәрежеде кездейсоқ жағдай болып табылды. Олар жұлдыздар аралық кеңiстiкте жайласқан заттың кіші бөлшектерiнiң жарықты жұтылуын зерттеуге арналған. Жұлдыздардың жарықтығы ғарыш кеңiстiгi арқылы өткенде оның қарқындығы азаяды. Бұл оптикалық жұтылу құбылысы деп аталады және жарықтың жұлдыз аралық шаңдарынан шашырауы және жұтылуы салдарынан болады. Бұндай зерттеулер нәтіжесінде ультра күлгін диапазонында толқын ұзындықтары 220 нм болғанда жұтылу жоғарлайды (бұл квант энергиясының 5,6 эВ сәйкес). Бұл жұтылу графиттің гипотетикалық кіші бөлшектерінде жарықтың жұтылуына жазылды. Бұл 220 нм аймағында оптикалық жұтылуды түсіндіру астрономдар арасында жалпы қабылданған болып саналды. 5,6 эВ жұтылушыңы жұлдыз аралық шаңдардағы С60 молекулаларында жұтылуы есебінен пайда болады Әртүрлi спектроскопиялық әдiстердiң көмегiмен олар графиттiң белгiлi спектр сызықтарын байқады, сонымен бiрге ИҚ- диапозонында төрт қосымша сызықты тапты, олардың келіп шығуы графитпен байланысты емес. Хаффман және Кретчмердің таңдалуына орай бұл байқалған тұндырылған графит затының төрт жутылу жолағы С60 молекуласы үшiн болжанған сызықтарына жақсы сәйкес келді. Фуллеренді ашуға әртүрлі әдістерді қолдана отырып басқада зерттеушілер тобы жақындай түсті. Х. Крото космологиялық зерттеулермен шұғылданып космос кеңістегіндегі ұзын сызықты көміртек молекулаларын зерттеді. Оны бұндай молекулалардың келіп шығуы қызықтырды және ол фуллерендер кызыл алыптар деп аталатын жұдыздардың сыртқы атмосферасында пайда болуын болжады. 2.Фуллереннің өндірістегі орны: Фуллерен Гауһар, графит және көміртекті нанотүтікшелермен бірге көміртектің аллотропты түрі болып табылады. Фуллерендердің басқа көміртекті заттардан/материалдардан (көміртектің аллотропты формалары) басты артықшылығы-олардың жоғары электроникалы қасиеттері, сондай-ақ әртүрлі химиялық туындыларды синтездеу мүмкіндігі. Сонымен қатар, фуллерендер биоүйлесімді, бұл оларды медицинада қолдануға мүмкіндік береді. Фуллерендерді қолдану перспективалары олардың физика-химиялық сипаттамаларының ерекшелігіне байланысты. Олар көптеген салаларда: Энергетика, Электроника, Медицина, фармацевтика, машина жасау және т. б. қолдана алатын жақсартылған қасиеттері бар өнімдердің жаңа түрлерін жасауға арналған перспективалы нано-материалдар болып табылады. Фуллерендерді кеңінен қолдануға және өндіруге басты кедергі-оны синтездеу әдістерінің жетілмегендігі. Фуллерендерді алудың ең көп таралған тәсілі-бұл сағатына 1 грамм мөлшерінде C60 синтездеуге мүмкіндік беретін доға. Доға технологиясын оңтайландыру саласында жүргізілген зерттеулерге қарамастан, фуллереннің графиттен шығу көлемін арттыру әлі мүмкін емес, бұл фуллерендерді өнеркәсіптік пайдаланудың одан әрі перспективаларына теріс әсер етеді. Фуллерендерді ауқымды өндіру үшін бірлік реакцияның өнімділігін бірнеше ретке арттыру қажет. Мұны істеу үшін, ең алдымен, көміртегі буларының санын, фуллерендердің түзілу нүктесін едәуір арттыру қажет. Яғни, қолданыстағы технологиялармен салыстырғанда графиттің булану аймағын едәуір арттыру қажет. Ауданды ұлғайту үшін жылуды доғамен жасауға болады, бірақ қарама-қарсы емес, электродтардың үлкен аумағына таралады. Фуллерен өндірісінің экономикалық тиімділігін арттыру әдістеріне арзан шикізатты пайдалану, сондай-ақ өндіріс процесінің үздіксіздігі мен автоматтандырылуы жатады. Бүгінгі таңда фуллерен өндірісінің баламалы технологиялары өнімділік көрсеткіштері, алынған өнімнің тазалығы және экономикалық критерийлер бойынша доғалық әдіспен жоғалады. Одан әрі дамудың бір жолы-фуллерендерді шоғырланған Күн радиациясын алу тәсілі-авторлардың пікірінше, ауқымды. Бұл әдісті дамыту бойынша жұмыстар максималды қуаты 1000 кВт болатын күн сәулесінің концентраторында жүргізіледі. Доғалық разряд негізінде плазмалық әдіспен қатар, фуллерендерді кең ауқымды өнеркәсіптік өндіру мақсатында соңғы жылдары көмірсутектердің жануы кезінде жалында фуллерендерді алу әдісі белсенді дамып келеді. Отын оттегімен және инертті газбен бірге, газ тәрізді күйде камераға перфорацияланған салқындатылатын пластина-оттық арқылы беріледі, оның үстінде тұрақты жалын пайда болады. Зерттеулер көрсеткендей, жақсы басқарылатын фуллерендерді өндіру үшін ең қолайлы-бұл ламинарлы біртекті жалын, оны құрайтын барлық компоненттер молекулалық деңгейде алдын-ала араласады. Фуллерендердің және олардың кристалдарының құрылымы мен қасиеттері: С70 молекуласы үшiн созылған эллипсоид формасындағы құрылым ұсынылды. Бұл молекулярлық қосылыстар инженер және дизайнер Ричард Бакминстер Фуллер құрметіне фуллерендер деп аталды, оның геодезиялық конструкциялары осы принцип бойынша құрастырылған. 1996 жылы фуллерендерді ашқаны үшін Крото, Смолли және Керлуға химия саласы бойынша Нобель сыйлығы берілді. Фуллерендердің молекулаларында көміртек атомдары дұрыс алты және бес бұрыштардың басында орналасқан, олардан сфераның және эллипсоидтың беттері құрастырылған. Ең симметриялы және айтарлықтай толық зерттелген фуллерендер үйірінің өкілі – фуллерен C60 болып саналады, 20 алтыбұрыштардан және 12 бес бұрыштардан түзілген болып ол футбол тобын еске түсіреді. C60 молекуласындағы С-С байланысының барлығы бірдей ұзындыққа ие болмайды. Екi алты бұрыштар үшiн ортақ тарап болатын С=С байланысының ұзындығы 1.39 Å құрайды, ал алты және бес бұрыш үшiн ортақ С-С байланысының ұзындығы ұзындау және 1.44 Å тең. Бұдан басқа, бiрiншi түрдiң байланысы екi еселік, ал екiншiсінікі дара - бұл С60-нiң фуллереннің химиясы үшiн айтарлықтай.Көп таралуы бойынша келесi C70фуллерені болып табылады. C60 фуллереннен айырмашылығы: C60экваториалдық облысқа белдiкке 10 көміртек атомдарын орналастыру арқылы алынады. Жоғары фуллерендер деп аталатын, құрамында көміртектің көп атомы (400-ге дейін) барлары аз мөлшерде пайда болады және жиі айтарлықтай күрделі изомерлік құрамға ие. Өте көп талқыланылған жоғарғы фуллерендердің арасында Cn, n=74, 76, 78, 80, 82 және 84 атап көрсетуғе болады. Қазіргі кезде фуллерендерді алудың жалғыз тәсілі, оларды жасанды синтездеу болып табылады. Бұл қосылыстар көптеген жылдар бойы әртүрлi елдердiң зертханаларында олардың пайда болу шартарын, құрылымдарын, қасиеттерін және мүмкін болған қолдану аймақтарын анықтау үшін қарқынды зерттелді. Жеке алғанда бірталай фуллерендер графиттік электродтарда доғалық разряд кезінде пайда болған күйенің құрамында болады, оларды бастапқы уақытта жай ғана байқамады. Фуллерендердің доғада пайда болу механизмі казіргі уақытқа дейін анықталмай келеді, өйткені доғаның жану аймағында жүретін процесстер термодинамикалық тұрақсыз болады, бұл олардың теориялық қарастыруларын өте күрделендіреді. Фуллерендер көміртектің жеке атомдарынан жиналатындығы (немесе С2-дiң фрагменттерінен) бұлтартпайтын дәлелдермен анықталды. Фуллерендерді алу үшін қондырғылар санының жылдам артуы және оларды тазарту әдістерін жақсарту мақсатында атқарылған тұрақты жұмыстар олардың С60 бағасының айтарлықтай төмендеуіне алып келді. Соңғы 17 жылдың ішінде бір граммының бағасы 10000$ -дан 10-15$ -ға дейін төмендеді. Көп зерттеушiлер фуллерендердің бағасын төмендету, электр доғасы әдiсімен алынған, бір граммы бірнеше доллардан төмендетуге қол жеткізе алмаймыз. Сондықтан бір қатар зерттеушiлер топтарының күштері фуллерендерді алудың альтернативті әдiстерiн iздестiруге бағытталды. Бұл салада Мицубиси фирмасы айтарлықтай табыстарға қол жеткізді, олар фуллерендерді көміртек-сутек жалынында жағу әдісімен өнеркәсіптік шығарудың жұмыстарын жолға қойды. Бұндай фуллерендердың бағасы шамамен 5$/грамм (2005 жылы) құрайды, ол электр доғалық фуллерендердің құнына ешқандай ықпалын тигiзбейді. Фуллерендердің және олардың кристалдарының қасиеттері және құрылымдары. Бөлме температурасында С60 кристалы ЖОК (ГЦК) торына 1,415нм тұрақтысымен ие, бірақта температураның төмендеуі кезінде бірінші тектік фазалық өтулер болады (Ткр≈260 К) және С60 кристалы өзінің құрылымын қарапайым куб түріне (тор тұрақтысы 10411нм) ауыстырады. Т > Ткр температурада С60 молекулалары өзінің тепе-теңдік орталығы төңірегінде тәртіпсіз айналады, оны сыни температураға дейін төмендеткенде екі айлану өсі тоқтайды. Айналудың толық тоқтауы 165 К -де іске асады. С70 - кристалдық құрылымы. Айналдыруды толық қатырып тастау 165 К температурада орын алады. С70 кристалдық құрылысы бөлме температурасы шамасында гексагональдық фазаның көп емес қоспасы бар ОЦК торын береді. Фуллереннің молекулалық кристалы тыйым салынған аймағының ені ~1.5 эВ болатын жартылай өткізгіш болып табылады және оның қасиеттері негізінен басқа жартылай өткізгіштердің қасиеттеріне ұқсас. Сондықтанда бірқатар зерттеулер фуллерендерді жаңа материал ретінде электроникадағы дәстүрлі қосымшалар сияқты қолдану деген сұрақпен байланысты болды: диод, транзистор, фотоэлемент және т.б. Мұндағы олардың дәстүрлі кремниймен салыстыра қарағандағы басты айырмашылығы фотокликтің аз уақыты (нс бірліктері). Бірақ айтарлықтай кемшілігі фуллереннің қабықшасының өткізгіштігіне оттегінің әсері болып табылады және, сәйкесінше, қорғаныш қабаттың керектігі пайда болады. Бұл жағдайда фуллереннің молекуласын өзіндік наноөлшемді құрылғы ретінде қолданудың болшақ тиімділігі артығырақ, жекелеген жағдайда қарстырсақ, күшейткіш элемент ретінде. Ультракүлгінді және қысқатолқынды көрінетін (>2 эВ) сәулелендірудің арқасында фуллерендер полимеризацияланады және мұндай түрде ол органикалық еріткіштермен ерімейді. Фуллерендік фоторезисторды қолданудың суреттемесі ретінде полиме-резеңкелік қабыршақтан С60 жасалған масканы қолдану арқылы кремнийдің электрондық шоғымен улану кезіндегі субмикрондық рұқсатты (≈20 нм) алуды мысал ретінде келтіруге болады. жүктеу/скачать 228,9 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|