55

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ

УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Центр заочної, дистанційної та вечірньої форм навчання

Кафедра прикладної фізики

Дипломна робота

МЕТОДИ ОТРИМАННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛ-ФУЛЕРЕНОВИХ ПЛІВОК

Студент гр. ЕПсз-21к Д.А. Зюзьков

Науковий керівник,

к. ф.-м. н., доцент Н. І. Шумакова

Консультант з охорони праці,

к.т.н., доцент Л.Л. Гурець

Нормоконтроль

д.ф.-м.н., професор І. Ю. Проценко

Суми − 2013

Р Е Ф Е Р А Т

Об’єктом дослідження дипломної роботи є метал-фулеренові плівки.

Мета роботи полягає в узагальненні джерел по метал-фулереновим плівкам, їх властивостям, а також питанням пов’язаним з їх синтезом та застосуванням.

Під час виконання роботи використовувалися загально наукові методи, систематизація джерел.

У результаті виконання роботи встановлено, що метал-фулеренові плівки володіють унікальними властивостями, які дозволяють широко застосовувати їх в оптиці, мікроелектроніці, медицині та інших наукоємних галузях.

Робота викладена на 54 сторінках, у тому числі містить 22 рисунків, 1 таблицю, список цитованої літератури із 20 джерел.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: МЕТАЛ-ФУЛЕРЕНОВІ ПЛІВКИ, ФУЛЕРЕНИ, МЕТОД КОНДЕНСАЦІЇ У ВАКУУМІ, ВУГЛЕЦЬ, ПИТОМИЙ ОПІР.

ЗМІСТ

ВСТУП............................................................................................................................	4
РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ФУЛЕРЕНІВ....................................	5
1.1 Історія відкриття..............................................................................................	7
1.2 Фулерити та фулериди ...................................................................................	9
1.3 Багатошарові фулерени...................................................................................	12
1.4 Синтез фулеренів.............................................................................................	13
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ОТРИМАННЯ МЕТАЛ - ФУЛЕРЕНОВИХ ПЛІВОК..........	19
2.1 Метод конденсації у вакуумі..........................................................................	19
2.2 Метод електрохімічного осадження .............................................................	22
РОЗДІЛ 3. ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛ-ФУЛЕРЕНОВИХ ПЛІВОК...........................	23
3.1 Фізичні властивості.........................................................................................	23
3.2 Електричні властивості...................................................................................	24
РОЗДІЛ 4 ЗАСТОСУВАННЯ ФУЛЕРЕНІВ ТА МЕТАЛ ФУЛЕРЕНОВИХ ПЛІВОК..........................................................................................................................	28
4.1 Застосування молекул фулерену....................................................................	28
4.2 Функціональні елементи на основі метал-фулеренових плівок.................	30
РОЗДІЛ 5. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ..................................................................................................................	32
5.1. Характеристика приміщення.........................................................................	32
5.2 Вимоги до приміщень обладнаних ЕВМ......................................................	33
5.3 Аналіз стану охорони праці...........................................................................	35
5.4 Шляхи і способи підвищення стійкості роботи об’єктів господарської діяльності.......................................................................................................................	46
ВИСНОВКИ..................................................................................................................	52
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ.....................................................................	53

ВСТУП

Вуглецеві фулерени належать до замкнутих кластерних наноструктур з унікальними властивостями, які дозволяють широко застосовувати їх в оптиці, мікроелектроніці, медицині та інших наукоємних галузях. Замкнута будова фулеренів приводить до таких особливостей sp-гібридизації n- і р-зв’язків між атомами вуглецю, які обумовлюють поєднання високих електродонорних та електроакцепторних характеристик цих складних молекул, що дає можливість утворення функціональних комплексів різної природи. Це дозволяє в широких межах змінювати фізичні і хімічні властивості фулеренів та їх комплексів, що суттєво збагачує області їх використання.

В конденсованому стані фулерени, частіше із яких використовують найбільш стабільні молекули С₆₀ та С₇₀, об’єднуються в молекулярні кристали, які поблизу кімнатних температур мають ГЦК або ГЩУ структури. Дані кристалічні фази із-за великих розмірів молекул фулеренів мають значні параметри гратки і тому в їх міжвузлових положеннях легко можуть розміщуватися домішкові атоми металів та молекул газів. На даний час найбільш вивчено перетворення кристалічної структури фулеренів, які пов’язані з їх полімеризацією, коли при збудженні молекул між ними генеруються ковалентні зв’язки з утворенням ланцюгів фулеренів.

Розділ 1 загальна характеристика фулеренів

Фулерен — п'ята алотропна модифікація вуглецю. Цей термін застосовують до широкого класу сполук із мінімально можливою будовою у 60 атомів вуглецю, що поєднані ковалентним зв'язком у сферичну молекулу, де кожен атом вуглецю поєднаний із трьома іншими, утворюючи п'ятикутники та шестикутники на поверхнях. Найбільша молекула фулерену складається із 560 атомів вуглецю. Найбільш вивченою молекулою фулерену є молекула С₆₀. С₆₀ найменший фулерен, що відповідає правилу ізольованого пентагону і тому він є найменшим стійким фулереном.[1] Вміст С₆₀ найвищий у зазвичай експериментально отримуваній суміші фулеренів, хоча С₆₀ термодинамічно є найменш стабільним серед стійких фулеренів. Його ентальпія утворення 8,66 ккал/атом більша за ентальпію утворення, наприклад, С₇₀ на 0,34 ккал/атом[2]. Найстійкішою алотропною модифікацією Карбону за стандартних умов є графіт. Тобто, С₆₀ є кінетично контрольованим продуктом в реакції утворення фулеренів.

Рис 1.1. Молекула C₆₀ — бакібол[1]

У каталогах хімічних реактивів речовина С₆₀ має назву бакмінстерфулерен, хіміки частіше називають його просто фулереном. Є й інша образна назва — футболен. Як видно на рисунку 1.1, подібність з покришкою футбольного м'яча очевидна. Існує ще гібрид обох назв — бакібол. Відкриття фулерену буквально приголомшило хіміків. Здавалося, що про елементарний вуглець відомо практично усе. Від інших алотропних модифікацій вуглецю фулерен відрізняється насамперед тим, що це індивідуальні кінцеві молекули, що мають замкнуту форму. Фулерен на відміну від відомих раніше трьох форм вуглецю розчинний в органічних розчинниках (бензол, гексан, сірковуглець). З розчинів фулерен кристалізується у виді дрібних темно-коричневих кристалів, малюнок 1.2. Для рентгеноструктурного аналізу вони не придатні, тому що через сферичну форму молекул їхня структура невпорядкована. Побачити молекулу фулерена «своїми очима» вдалося далеко не відразу, лише після того, як був отриманий продукт взаємодії фулерена з тетроксидом осмію OsO₄ у присутності третбутилпіридину, який добре кристалізується.

Тривалентність вуглецю у формулі фулерена повністю виконується. Правильніше зображувати фулерен у вигляді каркасу з простими короткими зв'язками, що чергуються, але частіше застосовують спрощене зображення, де каркас складається з одинарних рисок. Ще одна незвичайна структурна особливість фулерену полягає в тому, що його молекула має внутрішню порожнину, діаметр якої приблизно 0,5 нм. Зовнішній діаметр самої молекули 0,71 нм. Внутрішній діаметр, природно, менше зовнішнього, оскільки атоми вуглецю і їхні електронні оболонки теж мають певний розмір.

Рис 1.2. Кристали фулерену C₆₀ [1]

Фулерен — винятково стійка сполука. У кристалічному вигляді він не реагує з киснем повітря, стійкий до дії кислот і лугів, не плавиться до температури 360 °С. Хімічні властивості знаходяться в повній згоді зі згаданими вище структурними особливостями — фулерен не вступає в реакції, характерні для ароматичних сполук. Неможливі реакції заміщення, тому що в атомів вуглецю немає ніяких бічних замісників. Достатня кількість ізольованих кратних зв'язків дозволяє вважати фулерен поліолефіновою системою. Для нього найтиповішим є приєднання по кратному зв'язку.

Фулерен є яскраво вираженим акцептором електронів і при дії сильних відновників (лужні метали) може приймати до шести електронів, утворюючи аніон С₆О₆. Крім того, він легко приєднує нуклеофіли і вільні радикали. При відновленні лужними металами (наприклад, цезієм чи рубідієм) відбувається перенесення електрона від атома металу до фулерену. Сполуки, що утворюються, мають низькотемпературну надпровідність, критична температура появи надпровідності 33К.