Фуллерены и атомные кластеры
В 2001 году продолжались исследования в рамках проекта "Изучение фазового перехода углеродная плазма - конденсированная фаза углерода" (проект 107-15(00)-П). Было обнаружено, что фуллерены, после введения в плазму с температурой 3000-3500 К переходят в состояние аморфного углерода не более чем на 10-15 %. Содержание металла в фуллеренах при неоптимизированном синтезе не превосходит величины 10-2 %. Была изготовлена модифицированная установка (рис.1).
 |
Установка для выполнения синтеза металлофуллеренов: 1 - установка для синтеза; 2 - установка для подачи металла в виде проволоки; 3 - установка для пробоподачи фуллерена; 4 - спектрограф PGS-2. |
В отличие от реактора, используемого ранее она позволяет:
- избежать присутствия кислорода (разряд горит в совмещенных потоках аргона и гелия);
- совмещать поток плазмы, состоящий из аргона и атомизированного металла с потоком гелия, несущего фуллерены и вещество, обладающее донорными (Na, K) или акцепторными свойствами по отношению к электронам (I, Cl,);
- вести спектральную регистрацию параметров плазмы во время синтеза.
- G.N. Churilov, P.V. Novikov, V.E. Tarabanko, V.A. Lopatin, N.G. Vnukova, N.V. Bulina. On the Mechanism of Fullerene Formation in a Carbon Plasma. Carbon, 2001, reference number CARBON 2012.
- Г.Н.Чурилов П.В.Новиков, В.Е.Тарабанько Влияние концентрации электронов в плазме на образование углеродных кластеров // Химия растительного сырья, 2001, №1, 101-104.
Лаборатория аналитических методов
исследования вещества
По проекту "Электронная и атомная структуры перспективных сверхпроводящих углеродных наноструктур: динамика атомного остова, сильные электронные корреляции, рентгеновские, электронные и колебательные спектры" (проект 107-1(00)-П) проведены следующие исследования:
- Методами молекулярной механики и квантовой химии исследованы атомная структура трех свернутых в кольца различного диаметра (22nm, 30nm и 100nm) одностенных нанотрубок (5,5). Электронная структура свернутой в кольцо (внешний диаметр 22nm) и линейной (длинна 77nm) одностенных нанотрубок (5,5) была расcчитана расширенным методом Хюккеля. Показано, что силы Ван-дер-Ваальса могут удерживать в свернутом состоянии кольца достаточно малого диаметра - 20nm и более. Деформация атомной структуры нанотрубы, вызванная сворачиванием ее в кольцо, приводит к заметному (в три раза) уменьшению плотности электронных состояний на потолке валентной зоны по сравнению с ее линейной конфигурацией.
- Изучалось влияние топологии углеродного кластера на химическую природу связи. Рассматривалось влияние на электронную структуру искажением, связанным с отклонением от идеальной графитовой плоскости, а также появлением на границе перехода металл-полупроводник пар составленных из пяти- и семиугольников. Показано, что при различной кривизне поверхности происходит перераспределение электронной плотности между s и p составляющими связи в валентной зоне. В нанотрубах этот эффект выражается в практически нулевой плотности p-состояний на потолке валентной зоны.
- В 2001 году коллективом была выпущена первая в стране мультимедийная книга на компакт-диске (сотни углеродных структур, десятки молекулярно-динамических фильмов), посвященная электронной структуре и динамике атомного остова перспективных углеродных наноструктур. В книге обобщены исследования по данной проблеме, которые коллектив авторов проводил в рамках выполнения проекта по программе ВТСП. Особый интерес представляют полученные данные о природе химической связи в углеродных наноструктурах. Было показано, что за счет искривления углеродных поверхностей происходит значительное перераспределение плотности s- и p -состояний на потолке валентной зоны. Этим перераспределением объясняются ряд важных особенностей в химических и физических свойствах углеродных наноструктур:
- невозможность полного гидрирования и галагенирования фуллеренов, нанотруб;
- динамика атомного остова углеродных наноструктур и их производных;
- транспортные свойства углеродных наноструктур.
Повышенный интерес к исследованию углеродных наноструктур прежде всего связан с тем, что на их основе различной симметрии и топологии возможно создание минимальных (порядка десятков ангстрем) сверхпроводящих, проводящих, полупроводящих и изолирующих структур для микроэлектроники и других устройств, использующих уникальные магнитные и проводящие свойства.
- А.А. Кузубов, П.В. Аврамов, С.Г. Овчинников, С.А. Варганов, Ф.Н. Томилин, Электронная и атомная структура эндо- и экзоэдральных комплексов фуллеренов с двумя атомами лития, ФТТ 43, 1721-1726 (2001).
- А.А. Кузубов, П.В. Аврамов, С.Г. Овчинников, С.А. Варганов, Ф.Н. Томилин, Теоретическое исследование тороидальных форм углерода и их эндоэдральных комплексов с литием, ФТТ 43, 1904-1910 (2001).
- Ф.Н. Томилин, П.В. Аврамов, А.А. Кузубов, С.Г. Овчинников, Возможная схема синтеза-сборки фуллеренов, ФТТ 43, 936-943, (2001).
- Avramov P.V., Quantum-chemical and molecular-dynamics simulation of structure and properties of carbon nanostructures. Presentation of multimedia CD-book, Invited lecture, IWFAC-2001, St. Petersburg, Russia (2001).