Свойства фуллеренов
Поскольку внутри молекул фуллерена имеется довольно большая (по атомным меркам) полость, то в эту полость могут быть «капсулированы» другие атомы или ионы, в результате чего образуются т. н. эндофуллерены (рис. 2.10). Капсулированные атомы существенно изменяют свойства соответствующих молекул фуллерена – их молекулярную массу, магнитный момент, электрический заряд и т. д. Для такого рода неизвестных ранее химических соединений пришлось ввести специальное химическое обозначение. Например, химическая формула La@C82 означает атом лантана, капсулированный внутри молекулы фуллерена С82.
Рис. 2.10. Структура эндофуллерена
Присоединение к С60 радикалов, содержащих металлы платиновой группы, позволяет получить ферромагнитные материалы на основе фуллерена. В настоящее время известно, что более трети элементов периодической таблицы могут быть помещены внутрь молекулы С60. Имеются сообщения о внедрении атомов лантана, никеля, натрия, калия, рубидия, цезия, атомов редкоземельных элементов, таких как тербий, гадолиний и диспрозий.
Ожидается, что на основе эндоэдральных комплексов в будущем будут созданы высокоэффективные лекарства против рака. Исследования в этом направлении ведутся очень интенсивно. Идея основана на том, что если внутрь фуллерена поместить радиоактивный изотоп, а на внешнюю поверхность фуллерена – органические молекулы, способные «присоединяться» к раковой опухоли, то можно добиться селективности радиотерапии, что позволяет провести лечение без повреждения соседствующих с раковой опухолью органов и тканей.
Фуллерены способны вступать в химические реакции, ведущие к образованию новых соединений, например, реакции гидрирования и галогенирования. Синтезировано более 3 тысяч новых соединений с новыми свойствами. В этом отношении фуллерены являются уникальным функциональным материалом.
Сферическая форма фуллеренов наряду с их исключительной твердостью позволяют использовать эти наноразмерные шарики в качестве высокоэффективной твердой смазки. Высокими смазочными свойствами обладают также растворы фуллеренов в некоторых органических растворителях, например, толуоле. Добавление фуллеренсодержащей сажи к синтетическим смазочным маслам приводит к снижению коэффициента трения до 0,02.
Фуллерены обладают высокой сорбционной способностью (к поглощению газов, паров или мелкодисперсных веществ). Как сорбенты фуллерены намного превосходят активированный уголь.
Добавление в небольших количествах фуллеренов в различные материалы существенно меняет их свойства. Например, модифицирование фуллеренами стали приводит к значительному повышению ее прочности, износо- и термостойкости. Добавка фуллеренов в чугун придает ему пластичность. При добавлении к алюминию небольшого количества (не более 1 %) фуллеренов он приобретает твердость стали. Введение фуллеренов в керамические изделия снижает их коэффициент трения. Использование фуллеренов в полимерных композитах способно увеличить их прочностные характеристики, термоустойчивость и радиационную стойкость. Микродобавка фуллеренововой сажи в бетонные смеси и пломбирующие составы повышает марку материалов.