Web design by Aleksey D. Zolotarenko | Contact Us




предыдущая страница                                              следующая страница


2.2. Электродуговой метод синтеза фуллеренов Кретчмера

Впервые Кретчмер в [15] получил фуллерены в макроскопических количествах на установке, схема которой приведена на рис. 2.4.
Установка состоит из вакуумного колпака на плоской плите. Под колпаком находятся два графитовых стержня, соединенных с медными электродами, проходящими через плиту. Один графитовый стержень заострен, у второго - конец плоский. Для производства сажи установка предварительно вакуумируется и затем заполняется гелием до давления 0,14 бар. При подаче тока между электродами возникает электрическая дуга. Температура дуги в районе 2500-3000 С. Выход фуллеренов, осаждающихся на холодных частях колпака и ловушки, 10-15 %.



Рис. 2.4. Схема установки Кретчмера.

С целью повышения производительности приведенная установка была усовершенствована Кретчмером и Хаффманом в [16] (рис. 2.5). Электрическая дуга возникает в среде гелия между графитовыми стержнями, которые сближаются с определенной скоростью. Образующаяся фуллеренсодержащая сажа осаждается на водоохлаждаемую поверхность.



Рис. 2.5. Схема установки Кретчмера и Хаффмана.

В дальнейшем, с целью увеличения выхода фуллеренов, удобства управления процессом синтеза, улучшения условий техники безопасности экспериментальные установки усложняются. На рис. 2.6 представлена схема установки, разработанной авторами в [17]. В ее основу положен тот же принцип, что и у предыдущих авторов, а именно: испарение углерода в электрической дуге и конденсация образующихся кластеров в потоке гелия при давлении 200 Торр. Параметры электрической дуги: напряжение - 50 В, сила тока - 80-100 А. Наблюдение за образующейся в дуге плазмой ведется через смотровое окно. Положительный тонкий графитовый электрод расходуется со скоростью 1,25 см/мин, в то время как широкий отрицательный электрод не расходуется. Образующаяся сажа осаждается на водоохлаждаемых частях установки, выполненных из нержавеющей стали. Графитовые электроды изолированы от корпуса установки. Полученная сажа в дальнейшем разделяется на отдельные фракции растворением в различных растворителях.



Рис. 2.6. Схема установки для синтеза фуллеренов по [17].

предыдущая страница                                              следующая страница



От авторов


Издание настоящей книги стало возможным благодаря реализации договора о творческом сотрудничестве между Институтом проблем материаловедения Национальной академии наук Украины и Институтом проблем химической физики Российской академии наук в рамках выполнения совместной программы “Фуллерены и атомные кластеры”.
За последние 10 лет наблюдается бурный рост потока информации в области знаний фуллереноподобных материалов, открытых в 1985 году. Задача, которую поставили авторы перед собой, состояла в том, чтобы обобщить эту информацию и в сжатой форме изложить основные представления о новом классе углеродных материалов. Из огромного информационного потока по фуллеренам, нанотрубкам и кластерам, а это десятки тысяч источников: книг, патентов, научных и популярных статей, был взят тот минимум, который позволил бы неискушенному читателю войти в мир углеродных наноструктур с его специфическими особенностями. Большой интерес среди ученых вызывает особенность строения фуллеренов, обусловленная их сферичностью. Завершенность элементарной структурной единицы, по сравнению с бесконечными кластерами атомов в карбине, графите и алмазе, обусловливает уникальную способность фуллеренов растворяться в растворителях. Это единственная растворимая форма углерода.
Фуллерены - интересный объект исследований во многих областях науки - физике, химии, геологии, биологии, медицине, материаловедении и других. Благодаря наличию у молекулы фуллерена большого количества атомов углерода открываются неограниченные возможности синтеза миллиардов новых соединений с новыми свойствами, а значит и новыми возможностями. Разработка и использование материалов, обладающих сложным комплексом физико-химических свойств, являются одной из основополагающих предпосылок создания техники XXI века. И фуллереноподобные материалы обладают всеми качествами, необходимыми для того, чтобы стать основой материалов будущих разработок. В настоящее время мы стоим только на стартовой черте изучения фуллереноподобных материалов и материалов, получаемых на их основе. Перспективы использования их безграничны.
Данные, представленные в четвертой главе этой книги, демонстрируют одну из блестящих возможностей использования этих материалов. Благодаря компактному и безопасному хранению водорода в фуллереноподобных материалах и материалах, полученных на их основе, становится экономически обоснованным и реальным переход человечества от эры использования запасавшейся миллионами лет солнечной энергии в виде ископаемых топлив к эре солнечно-водородного будущего: непосредственного преобразования солнечной энергии и применения водорода в качестве экологически чистого топлива и энергоносителя. Это будущее видится еще более оптимистичным, если учесть, что источником водорода является вода, которой достаточно на всех континентах и во всех странах. То есть снимается вопрос о странах, богатых топливом и бедных с энергетической точки зрения. Солнечной энергии хватит всем.
Надеемся, что эта книга станет для многих первой ступенькой в познании области науки о фуллеренах, пробудит интерес и желание узнать больше, шагнуть вперед и изучить неведомое.
Заранее приносим свои извинения за возможные опечатки. Мы с удовольствием и благодарностью примем все критические замечания и комментарии. Авторы благодарят В.Б. Черногоренко, А.П. Помыткина, Н.Ф. Гольдшлегер и А.П. Моравского за помощь в написании некоторых глав, а также благодарят О.И. Билык, Д.М. Мильто, Е.А. Лысенко за помощь в наборе и редактировании текста и иллюстраций.