Фуллерены из воды (стр. 2 )

Другой интересной возможностью практического применения является использование фуллереновых добавок при росте алмазных плёнок CVD-методом (Chemical Vapor Deposition). Введение фуллеренов в газовую фазу эффективно с двух точек зрения: увеличение скорости образования алмазных ядер на подложке и поставка строительных блоков из газовой фазы на подложку. В качестве строительных блоков выступают фрагменты С2, которые оказались подходящим материалом для роста алмазной плёнки. Экспериментально показано, что скорость роста алмазных плёнок достигает 0.6 мкм/час, что в 5 раз выше, чем без использования фуллеренов. Для реальной конкуренции алмазов с другими полупроводниками в микроэлектронике необходимо разработать метод гетероэпитаксии алмазных плёнок, однако рост монокристаллических плёнок на неалмазных подложках остаётся пока неразрешимой задачей. Один из возможных путей решения этой проблемы — использование буферного слоя фуллеренов между подложкой и плёнкой алмазов. Предпосылкой к исследованиям в этом направлении является хорошая адгезия фуллеренов к большинству материалов. Перечисленные положения особенно актуальны в связи с интенсивными исследованиями алмазов на предмет их использования в микроэлектронике следующего поколения. Высокое быстродействие (высокая насыщенная дрейфовая скорость); максимальная, по сравнению с любыми другими известными материалами, теплопроводность и химическая стойкость делают алмаз перспективным материалом для электроники следующего поколения [1].

Следует отметить, что присутствие фуллерена С60 в минеральных смазках инициирует на поверхностях контртел образование защитной фуллерено-полимерной пленки толщиной — 100 нм. Образованная пленка защищает от термической и окислительной деструкции, увеличивает время жизни узлов трения в аварийных ситуациях в 3-8 раз, термостабильность смазок до 400—500 °C и несущую способность узлов трения в 2-3 раза, расширяет рабочий интервал давлений узлов трения в 1,5-2 раза, уменьшает время приработки контртел [1].

Среди других интересных приложений следует отметить аккумуляторы и электрические батареи, в которых так или иначе используются добавки фуллеренов. Основой этих аккумуляторов являются литиевые катоды, содержащие интеркалированные фуллерены. Фуллерены также могут быть использованы в качестве добавок для получения искусственных алмазов методом высокого давления. При этом выход алмазов увеличивается на ≈30 % [1].

Фуллерены могут быть также использованы в фармакологии для создания новых лекарств. Так, в 2007 году были проведены исследования, показавшие, что эти вещества могут оказаться перспективными для разработки противоаллергических средств [1].

Различные производные фуллеренов показали себя эффективными средствами в лечении вируса иммунодефицита человека: белок, ответственный за проникновение вируса в кровяные клетки — ВИЧ-1-протеаза, — имеет сферическую полость диаметром 10 Ǻ, форма которой остается постоянной при всех мутациях. Такой размер почти совпадает с диаметром молекулы фуллерена. Синтезировано производное фуллерена, которое растворимо в воде. Оно блокирует активный центр ВИЧ-протеазы, без которой невозможно образование новой вирусной частицы [1].

Кроме того, фуллерены нашли применение в качестве добавок в интумесцентные (вспучивающиеся) огнезащитные краски. За счёт введения фуллеренов краска под воздействием температуры при пожаре вспучивается, образуется достаточно плотный пенококсовый слой, который в несколько раз увеличивает время нагревания до критической температуры защищаемых конструкций [1].

Также фуллерены и их различные химические производные используются в сочетании с полисопряжёнными полупроводящими полимерами для изготовления солнечных элементов.

2.3. Химические свойства фуллеренов [1]

 

Фуллерены, несмотря на отсутствие атомов водорода, которые могут быть замещены как в случае обычных ароматических соединений, всё же могут быть функционализированы различными химическими методами. Фуллерены также могут быть прогидрированы с образованием продуктов от С60Н2 до С60Н50 [1].

Гидратированный фуллерен С60 — C60HyFn — это прочный, гидрофильный супрамолекулярный комплекс, состоящий из молекулы фуллерена С60, заключенной в первую гидратную оболочку, которая содержит 24 молекулы воды: C60@(H2O)24. Гидратная оболочка образуется вследствие донорно-акцепторного взаимодействия неподеленных пар электронов кислорода молекул воды с электрон-акцепторными центрами на поверхности фуллерена. При этом, молекулы воды, ориентированные вблизи поверхности фуллерена связаны между собой объёмной сеткой водородных связей. Размер C60HyFn соответствует 1,6-1,8 нм. В настоящее время, максимальная концентрация С60, в виде C60 HyFn, которую удалось создать в воде, эквивалентна 4 мг/мл.[1]. Фотография водного раствора С60HyFn с концентрацией С60 0,22 мг/мл (рис. 2, а) .

 

3. Российский фуллерен, получаемый из воды

 

Российские умельцы: , , Канарёв А.А.

поступили просто – получили фуллерен путём электролиза воды (рис. 5).

Уведомление о поступлении заявки «Трансмутационный электролизёр».

Дата поступления 15.11.2012. Входящий № 078126.

Регистрационный номер № 2012148646

 

а) фуллереновые жидкости

b) фуллереновая сажа

Рис. 5. а) разные фазы фулереновой жидкости, полученной из воды;

b) фуллереновая сажа, полученная из воды

 

Хромотографический анализ результатов работы российского фулеренового электролизёра (рис. 5, а) представлен в заключении -СИБИРСКОГО испытательного центра [Приложение – 1]. На рис. 6 - работа фуллеренового электролизёра.

 

а) первая стадия

б) вторая стадия

Рис. 6. Российский импульсный электролизёр для получения фуллерена из воды

 

Чтобы понять процесс формирования фуллеренов из воды, проанализируем фотографии углеводородосодержащих веществ, полученные европейскими исследователями. Они сфотографировали структуры плоских кластеров графена (рис. 7), которые близки по структуре к фуллеренам (рис. 7, а и 8) [3].

а)

b)

с) фото атома углерода

Рис. 7: а) фото графена; b) схема фото графена; с) фото атома углерода[3]

 

Белые пятнышки на фото графена (рис. 7, а) – атомы углерода. В плоской структуре графена (рис. 7) шесть атомов углерода образуют молекулу, а у пространственной структуры фуллерена молекулы могут состоять из шести и из пяти атомов углерода (рис. 1 и 3). Благодаря этому создаются условия для формирования сферических пространственных структур из пяти и шести атомарных молекул углерода (рис. 1 и 3) аналогичных шестиугольникам и пятиугольникам на поверхности футбольного мяча (рис. 1, а). Нашлась пространственная структура фуллерена, состоящая только из шестигранных молекул углерода , но её поверхность уже не представляет чёткую сферу (рис. 3, с).

Возникают школьные вопросы: каким образом шесть электронов атомов углерода, летающих по орбитам вокруг своих ядер, формируют четкие шестигранные молекулы, из которых образуются плоские шестигранные кластеры графена (рис. 7, а)? И, следующий вопрос: почему кластер графена формируют только шестиатомные молекулы углерода (рис. 7, а), а пространственные кластеры фуллерена формируют шести и пяти атомарные молекулы углерода (рис. 3)? И ещё пару вопросов: почему атомы и графена, и фуллерена имеют по три связи с соседними атомами (рис. 4 и 7, с)? Каким образом, электроны атомов, летающие по орбитам вокруг их ядер, умудряются обеспечивать линейные связи между атомами одного и того же химического элемента – углерода?

Рис. 8. а), с) – фото кластера бензола;

b) и d) – компьютерная обработка фото кластеров бензола; e) – теоретическая

молекула бензола ; j) – теоретическая структура кластера бензола

 

Ортодоксальные физика и химия не дают ответы на эти вопросы. Но из этих наук следует, что атом водорода является главным соединительным звеном при формировании многих молекул и кластеров различных химических соединений. Российская теория микромира давно установила структурную схему молекулы бензола (рис. 8, а) и его кластера (рис. 8, с). Европейским исследователям удалось сфотографировать и кластеры бензола  (рис. 8, d, e и j, к), в состав которых входят и атомы водорода  (рис. 8, d и j) [3].