1. Схема получения фуллеренов
Фуллерены - сферические полые кластеры углерода с числом атомов n=30-120. Известны получаемые в достаточно больших количествах С60,C70,C76 и другие. Наиболее устойчивую форму имеет С60, сферическая полая структура которого состоит из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. По данным рентгеноструктур-ного анализа средний диаметр сферы –0,714 нм. Внутренняя связь в фуллерене между атомами больше чем внешняя, поэтому фуллерены образуют твердое тело при конденсации с сохранением своей внутренней структуры (фуллерит) с плотностью 1,65 гр/см3.
Способы синтеза фуллеренов
Существует множество способов синтеза фуллеренов: нагревание графитовых стержней электрическим током в вакууме, электродуговой разряд между графитовыми электродами, лазерное испарение углерода и некоторые другие. Во основе всех этих способов находиться получение высокотемпературных паров углерода.
До настоящего времени электродуговой метод остается самым востребованным, т.к. остается единственным методом получения фуллеренов в количествах, достаточных для практических нужд и, кроме того, позволяет получать фуллерены, не содержащие кислород, в отличие, например, от метода сжигания углеводородов. В процессе эрозии графитового анода под воздействием высокой температуры чистый углерод испаряется в атмосфере инертного газа с образованием сажи и фуллеренов, которые вместе конденсируются на охлаждаемых стенках камеры. Попадание в зону синтеза химически активных газов (кислород, азот, водород), а также недостаточное охлаждение, тормозят процесс образования фуллеренов.
В результате синтеза образуется сложная смесь, содержащая углеродную сажу и смесь фуллеренов различного состава (включающую в себя: 55-80% фуллерена С60, 20-45% фуллерена С70 и 1-3% высшие фуллерены). Выделение фуллеренов проводят экстракцией органическими растворителями с последующим разделением на индивидуальные продукты.
Наиболее эффективный способ получения фуллеренов основан на термическом разложении графита. Используются как электролитический нагрев графитового электрода, так и лазерное облучение поверхности графита.
2. Золь-гель технологии
Золь-гель процесс (англ. sol-gel process) — технология материалов, в том числе наноматериалов, включающая получение золя с последующим переводом его в гель, то есть в коллоидную систему, состоящую из жидкой дисперсионной среды, заключенной в пространственную сетку, образованную соединившимися частицами дисперсной фазы.
Золь иначе лиозоль; коллоидный раствор (англ. sol от лат. solutio — раствор) — высокодисперсная коллоидная система (коллоидный раствор) с жидкой (лиозоль) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой, в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц, размер которых лежит в пределе от 1 до 100 нм (10−9—10−7м).
Ге́ли (ед.ч. гель, от лат. gelo — «застываю») — структурированные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость).
Наверное, в детстве мама или бабушка варила вам кисель? А знаете ли вы, что для этого она использовала золь-гель технологию? В нанотехнологии золь-гель метод применяется намного шире, чем в кулинарии. И если в киселе важно только то, чтобы он был вкусный, то при синтезе наночастиц необходимо контролировать огромное количество параметров – форму частиц, распределение по размерам и др.
Золь-гель технология – это один из способов получения наночастиц, основанный на синтезе «коллоидных частиц» неорганических и неоргано-органических гибридных материалов. Из таких коллоидных дисперсий можно получить нанопорошки, нанонити, тонкие пленки и неоргано-органические нанокомпозиты.
Схематичное представление золь-гель процесса
