Синтез сверхтвердого фуллерита с помощью реакции каталитической 3D полимеризации С60
Но самым главным в этом достижении является то, что новый процесс происходит при комнатной температуре и при более низком давлении, чем в других подобных процессах.
Сверхтвердые фуллериты (3D-полимеризованный C60) по твёрдости (200-300 ГПа) и модулю объемного сжатия (500-1000 ГПа) превышает технический алмаз (150 и 443 ГПа, соответственно), существуют в количествах, пригодных только для лабораторных испытаний. Условия синтеза сверхтвердого фуллерита зависят от степени пластической деформации и тензора напряжений образца при сжатии. Минимальное давление синтеза 13 ГПа при температуре 1100 K и 18 ГПа при комнатной температуре в случае большой пластической деформации образца в процессе синтеза. В обоих случаях давление слишком высокое для промышленного производства сверхтвердого фуллерита без катализатора. Для сравнения, типичное давление при каталитическом синтезе алмаза 5-8 ГПа.
Авторы работы полагают, что введение нового инициирующего агента может значительно облегчить процесс полимеризации C60. Такое упрощение может снизить давление при полимеризации. Если агент может быть введен равномерно через образец C60, то может быть получен однородный и изотропный сверхтвердый полимер. Учёные использовали сероуглерод (CS2). Он диссоциирует при высоких давлениях и умеренных температурах, высвобождая элементарную серу. Кроме того, CS2 является очень хорошим растворителем для молекул C60, и легко проникает в кристаллы C60. Можно ожидать, что в результате введения в CS2 в образец C60, атомы серы распределятся по всему образцу. В связи с их
высоким сродством к углероду, атомы серы присоединятся к молекулам C60, формирую один или несколько ковалентных C-S связей, и преобразовывать молекулу в радикал, который будет инициировать полимеризацию путем связывания соседних молекул. Полимеризация инициируется в равномерно распределенных центрах, эффект очень быстрой каталитической полимеризации приведет к получению изотропного продукта. В результате учёным удалось снизить давление до 6-7 ГПа при комнатной температуре.
Фотографии алмазных наковален поцарапанных сверхтвердым фуллеритом. (а) - вся поцарапанная область.
(б) - изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Отчётливо видны окружные желоба вместе с радиальными микротрещинами.
Источник информации
- M. Popov, V. Mordkovich, S. Perfilov and etc. Synthesis of ultrahard fullerite with a catalytic 3D polymerization reaction of C60.// Carbon 76 (2014) 250-256.