Питання 6. Матеріали споріднені з алмазоподібними

До алмазоподібних матеріалів (порошків, плівок, покриттів) відносять не тільки матеріали на основі карбону з кристалічного решіткою, подібною до алмазу, а й багато інших матеріалів, до складу яких не входить карбон.

Традиційно до алмазоподібних матеріалів відносять всі матеріали, що мають дуже велику твердість, тобто подібну до алмазу (алмаз за шкалою Маоса (мінералогічною) має максимальну твердість 10). До матеріалів із високою твердістю можна віднести нітриди перехідних металів Ti, Nb, Zr та ін., бориди Ti, Zr, Y, W; карбіди W, Zr тощо. Більш детально ми розглянемо методи одержання та властивості матеріалів, споріднених з алмазоподібними, на прикладі нітридів, боридів та карбідів металів.

Питання 7. Фелерени, фулерити, фулериди

Фулерени – це молекулярні сполуки, що належать до однієї з нових форм вуглецю і являють собою замкнені багатогранники, складені з атомів вуглецю, які розміщуються на поверхні випуклого багатогранники. Відкриття фулеренів було відзначено Нобелівською премією.

Формула фулеренів – молекула – замкнений багатогранник, побудований з п’яти- і шести- кутних граней. Назва «фулерен» походить від імені американського архітектора Б. Фулера, що застосовував для будування куполів будинків п’яти- і шестикутники, які є основними структурними елементами молекулярних каркасів усіх фулеренів. Імовірним застосуванням фулеренів є оптичні заслони, захисні покриття, фоторезисти субмікронного розміру та матеріали для виготовлення алмазних плівок. Фулерени і їх різні хімічні похідні використовують для виготовлення сонячних елементів.

Фулеритами називають конденсовані системи, що складаються з молекул фулеренів. Актуальними сполуками є фулериди – кристали фулеритів, леговані атомами лужних металів. Деякі фулериди демонструють високотемпературну надпровідність: наприклад, у фулериді-надпровіднику RbCs2С60 критична температура Ткр = 33 К.

Питання 8. Методи одержання фулеренів.

Перші фулерени виділяли з конденсованих парів графіту, одержуваних при лазерному опроміненні твердих графітових зразків . В 1990р В. Кретчмер, Лемб, Д. Хаффманом розробили метод спалювання графітових електродів в електричній дузі в атмосфері гелію при низькому тиску . У процесі ерозії анода на стінках камери осідала сажа, що містить деяку кількість фулеренів.

Рис 1. Установка Кретчмера

Згодом вдалося підібрати оптимальні параметри випаровування електродів (тиск, склад атмосфери, струм, діаметр електродів).

Фірмі Mitsubishi вдалося налагодити промислове виробництво фулеренів методом спалювання вуглеводнів в плазмі, але такі фулерени містять кисень і тому дуговий метод як і раніше залишається єдиним підходящим методом отримання чистих фулеренів.

Питання 9. Властивості та застосування фулеренів.

Найбільш цікавим є застосування фулеренів у нанотехнологіях.

Наноструктурним матеріалом є метал-фулеренові плівки, що осаджуються у вакуумі.

Фулерени мають надзвичайно високу механічну й хімічну стійкість молекули C60. Для окремої молекули C60 характеристикою цієї властивості є модуль об’ємного стискання: молекула C60 менше стискається, ніж кристал алмазу.

За малих (приблизно 1 %) концентрацій фулеренів у плівках титан-фулерен структуроутворювальні частинки (зерна) мають округлу форму й розміри 15–40 нм. Зменшення розмірів зерен зі збільшенням концентрації фулерену зумовлюється малою рухливістю молекул на поверхні зростаючої плівки і відповідно обмеженням ними міграції атомів на поверхні металу. Таким чином, додавання фулеренів у сплави може бути способом створення наноструктурних матеріалів. Фулерени можуть бути сорбентами, мають високу сорбційну здатність - зміна властивостей у газових середовищах. Під час експозиції на повітрі фулеренових плівок, створених у вакуумі, їх електричний опір зростає.

Для використання як водень-акумулювальної матриці найбільш придатні вуглецеві матеріали, фулерени, які після гідрування всіх подвійних зв’язків могли б містити до 7,7 % водню.

Використовувати як основу оптичних заслонів –обмежувачів інтенсивності лазерного випромінювання видимого й інфрачервоного діапазонів.