9.3 Фуллерендер, фуллериттер, нанотүтіктер

Көміртегі жеткілікті кең таралған элемент. Қатты күйінде табиғатта ол графит немесе алмаз түрінде кездеседі. 1985 жылы импульсті лазерлік сәулемен айналып тұрған графит дискі бетін буландыру арқылы алынған графит буларын зерттегенде көміртегі кластерлерінің (немесе көп атомды молекулалардың) болатындығы байқалды. Ары қарайғы зерттеулер байқалған қосылыстардың ішіндегі неғұрлым орнықтылары фуллерендер- атомдар саны үлкен жұп санды құрайтын, бірінші кезекте 60 және 70 атомдардан тұратын – С60 және С70 болды (11 сурет). Фуллерендер барлық атомдары сфера бетін немесе сфероид бетін жабатын дұрыс алтыбұрыштар немесе бес бұрыштар төбесінде орналасқан көміртегінің тұйықталған молекулалары болып табылады. Фуллерендер әдеттен тыс крисаталлографиялық симметриямен және бірегей қасиеттермен ерекшеленеді. Оларда барлық ковалентті байланыстары қаныққан сондықтан жекелеген молекулалар өзара тек Ван-дер-Ваальстік әлсіз күштермен әсерлесе алады. Әйткенмен сфералық молекулалардан кристалл құрылымдар құру үшін соңғылары жеткілікті. Мұндай материалдар фуллериттер деп аталады. Орнықты молекулалар бес және алты мүшелі сақиналардан қалыптасатын тізбекті конфигурациялармен сипатталады.

9.4 Сурет - Фуллерен молекулалар: а) c60, б) c70,

в) фуллериттер

Қазіргі уақытта легирленген фуллерендерді олардың молекуласына басқа атомдарды немесе молекулаларды, оның ішінде легирлеуші элемент атомын молекуланың ішкі көлеміне орналастыру арқылы алуда. Жоғары қысым немесе лазерлік сәулені қолдана отырып екі фулерендік молекуланы димерге біріктіру немесе маномерлердің бастапқы құрылымын полимерлеу мүмкіншілігі пайда болды. Фулерендердің аса жоғары қатттылығы олардан аса қатты материалдарды, мысалы алмазды өңдеу мен сынау үшін фулеритті микро- және наносаймандарды жасауға мүмкіндік береді. Мысалы, СВ-тан фуллеритті пирамидашалар зонды микроскоптарда алмаздар қаттылығы мен алмазды қабықшалардың қаттылығын өлшеу үшін қолданылады. Фуллерендер және олардың негізіндегі қосылыстар наноқұрылымдар жасау үшін перспективалы болып табылады.

в) 9.5 сурет - Көп қабатты нанотүтіктердің көлденең қимасының моделдері: а) «матрешка», б) «орама», в) бір қабатты нанотүтіктің атомарлық құрылымы.

Соңғы уақытта бір қабатты және көп қабатты нанотүтіктер өсіруді үйренді (10.б сурет). Белгілі бір шамада мұндай түтіктердің қасиеттерін олардың хиралдігін, яғни олардың торын көлбеу оске қатысты орау бағытын өзгерту арқылы басқаруға болады. Нанотүтіктердің беті фуллерендер жағдайындағыдай төбелерінде көміртегі атомдары орналасқан алтыбұрыштардан түзілген. Көміртекті нанотүтіктерді өткізгіштіктің метал типімен де және тыйым салынған аймағының берілген енімен алады. Мұндай екі түтіктің бірігуі диод түзеді, ал қышқылданған кремний пластинаның бетінде жатқан түтік –өрістік транзистордың каналы болады. Ішкі диаметрі берілген нанотүтіктер жиынтығы селективтілігі және газ өткізгіштігі жоғары молекулалық сүзгілерге негіз болады. Көміртекті нанотүтіктерді қолданатын композициялық материалдар сәуледен қорғаныш экрандары ретінде және басқа да жауапты маңызды конструкциялық материалдар ретінде маңызды мәнге ие.