WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

целью независимого управления температурой в зоне В пламенах, богатых топливом, процесс роста больобразования фуллеренов. Здесь термин ”разряд” испольших углеводородных молекул начинается сразу за зоной зуется в широком смысле, это может быть тлеющий, окисления. В нем участвуют небольшие ароматические дуговой, радиочастотный разряды, разряды с использовамолекулы (бензол, нафталин и др.), а также молекулы нием легкоионизирующейся присадки. Следует отметить, C2H2, H2 и атомы H которые, как и ароматические что любой разряд увеличивает не только темпераутру, молекулы, являются первичными продуктами реакции но и концентрацию заряженных частиц в плазме, что окисления. Процесс образования фуллеренов можно растакже может оказать большое влияние на генерацию сматривать как ответвление на основном пути роста фуллеренов [27].

плоских ПАУ в точке, где в растущую молекулу ввоКроме упомянутых методов модернизации пламенного дится значительная кривизна с помощью внутреннего способа можно предложить еще один способ производпентагона. Однако низкая скорость внутримолекулярных ства фуллеренов, связанный с применением углеводоропреобразований в пламени при T = 2000 K (ср. с дугой) дов, но без использования процесса горения. Можно прои небольшое время пребывания молекул в зоне реакции пускать поток углеводородов (или их смесь с буферным приводят к тому, что лишь очень незначительная часть газом) через зону объемного разряда, где будет проискоагуляций больших молекул ПАУ ведет к структуходить возбуждение, ионизация и диссоциация исходных рам, позволяющим дальнейший рост по направлению к углеводородов. В самом разряде и при выходе из него фуллеренам. В основном же коагуляция ПАУ ведет в будет происходить ассоциация исходных углеводородов конечном итоге к образованию сажи. Отметим также, что с появлением больших ПАУ, фуллеренов и сажи. Прерасчет [24] показывает резкое возрастание образования имущество такого способа заключается в возможности фуллеренов с ростом концентрации C2H2 и уменьшенинезависимого изменения концентрации углеводородных ем концентрации H2.

молекул, электронной температуры и времени пребыНаилучшее образование фуллеренов в пламени происвания реагирующей смеси в зоне разряда. Кроме того, ходит при оптимальной температуре. С ростом давления этот способ позволяет избежать необратимых потерь вплоть до атмосферного происходит уменьшение выхода фуллеренов, поскольку конкуренция процессов роста части топлива в результате полного окисления, которое фуллеренов и сажи сильно сдвигает систему в сторону происходит в пламени.

усиленного сажеобразования.

Таким образом, процесс образования фуллеренов в пламени является результатом очень сложной последоОбразование фуллеренов вательности реакций, конкурирующих с сажеобразовапри лазерном нагреве нием. Естественно, что этот процесс определяется концентрацией реагирующих компонент, их температурой Первые фуллерены были получены именно при лаи скоростью потока, который определяет время прохозерном испарении графита. Использовался импульсный ждения реагирующего газа через область образования лазер с коротким импульсом и большой плотностью сажи и фуллеренов. При традиционной ораганизации мощности в импульсе [1], а количество полученных пламени независимо можно менять состав смеси (отнотаким образом фуллеренов исчислялось миллиграммами.

шение C/O), массовый расход или давление в камере. КаРаботы, в которых для получения значительных колиждый их этих трех внешних параметров меняет в целом честв фуллеренов, использовался бы лазер непрерывного характер пламени, т. е. в той или иной степени изменяет действия, нам пока неизвестны. По нашему мнению, все три указанные выше величины. Ситуация здесь аналометод получения фуллеренов при лазерном испарении гична описанной для дуги. Поэтому трудно рассчитывать графита в ближайшее время вряд ли будет иметь технина значительное увеличение эффективности образования ческие перспективы. Конечно, при лазерном испарении фуллеренов в уже исследованных пламенах.

не будет образовываться катодный депозит и большая Для существенного увеличения эффективности обрачасть испарившегося углерода будет переходить в сажу, зования фуллеренов в пламени можно предложить слено ”цена” единицы ”лазерной мощности” всегда будующие способы модернизации.

дет существенно превышать соответствующую величину 1. Поиски и применение нового топлива с атомным мощности электрической, а кроме того, эффективность и отношением C/H, существенно большим, чем у бензола даже принципиальная возможность получения фуллереи ацетилена. В случае использования нестойкого или нестабильного топлива можно ввести в схему предва- нов при непрерывном испарении графита под действием рительную ступень для приготовления такого топлива лазерного излучения требует экспериментальной прос последующей его подачей в горелку. верки.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 6 А.А. Богданов, Д. Дайнингер, Г.А. Дюжев Образование фуллеренов запасы шунгитов весьма велики, то это вселяло большие надежды на получение больших количеств дешевых при испарении графита фуллеренов. Постепенно эти надежны почти полностью сфокусированным солнечным рассеялись. В обзоре [37] приводятся сведения, что коизлучением личество фуллеренов в шунгитах составляет 1-10 ppm.

Те исследования, которые обнаруживали значительное Такой способ получения фуллеренов был предложен количество фуллеренов в шунгитах, как правило, рабои реализован в работах [28,29]. Авторы [28] считали, тали с масс-спектрометрами, в которых образец шунгита что основной причиной сравнительно низкого выхода превращался в пар с помощью лазерного испарения, при фуллеренов в дуговом разряде может являться мощное котором естественно ожидать образования фуллеренов.

ультрафиолетовое излучение дуги, которое стимулирует образование из фуллеренов нерастворимых частиц.

Использование для нагрева графита концентрированного Заключение солнечного излучения позволяет избежать вредного воздействия ультрафиолетового излучения дуги. В [28,29] Перспективы применения фуллеренов как материала были получены лишь небольшие количества фуллеренов будущего для многих областей науки и техники связаны ( mg). Авторы объявили о продолжении работ, однако с получением больших количеств дешевых фуллеренов.

дальнейшего развития эти работы так и не получили.

По этой причине в средствах массовой информации, и, в частности, в Интернете, регулярно появляются сообщения из различных стран об ”изобретении” новых Химические способы синтеза способов производства фуллеренов. Как правило, авторы фуллеренов этих изобретений скрывают их суть за ширмой know-how и дальше рекламных заявлений дело не идет. По нашему Управляемый химический синтез фуллеренов может мнению, перспективы уменьшения себестоимости фуллепредставлять значительный интерес по двум причинам.

Можно надеяться, что в ходе такого синтеза будут обра- ренов есть и связаны они с использованием гибридных зовываться только молекулы фуллерена заданного разме- методов получения фуллереносодержащей сажи. Однако реализация этих методов в промышленных масштабах ра Cn и, более того, только определенный изомер Cn. Это требует еще значительного количества научных исслепозволит исключить стадию разделения синтезируемых дований.

фуллеренов. В этом случае химический синтез может оказаться очень эффективным при получении высших Работа выполнена в рамках Российской научнофуллеренов, которые при стандартном дуговом синтезе технической программы ”Фуллерены и атомные кластеполучаются в очень малых количествах.

ры” (проект № 98056).

Открытие фуллеренов стимулировало появление большого числа работ, посвященных синтезу молекул и структур, либо целиком состоящих из атомов углероСписок литературы да, либо с преобладающим количеством атомов углерода [30,31]. Одним из направлений в этих работах [1] Kroto H.W.,Heath J.R., O’Brien S.C. et al. // Nature. 1985.

было получение полициклических ароматических углеVol. 318. P. 162–163.

водородов (ПАУ) с включением в плоскую сетку бен- [2] Kraetschmer W., Lamb L.D., Fostiropoulos K., Huffman D. // Nature. 1990. Vol. 347. P. 354–358.

зольных колец одного или нескольких пятиугольников.

[3] Braun T., Osawa E. // Fullerene Sci. Technol. 1997. Vol. 5.

Первым (еще до открытия фуллеренов) был синтезироN 1. P. iii.

ван кораннулен C20C10 [32], затем последовали изомеры [4] Fullerene (Technologie-Analyse) VDL TechnologienC30H12 [33] и C36C12 [34]. Поскольку углеродный скелет zentrum / Ed. H. Eickenbusch, P. Hartwich. Physikalische некоторых изомеров C30H12 идентичен половине молекуTechnologien, 1993.

лы C60, то такие изомеры получили название полубакми[5] Withers J.C., Loutfy R.O., Lowe T.P. // Fullerene Sci. Technol.

стерфуллерена (ПБФ). Даже если отвлечься от того, что 1997. Vol. 5. N 1. P. 1–31.

разработанные методы синтеза ПБФ позволяют получать [6] Vul’ A.Ya., Huffman D.R. // Mol. Mat. 1998. Vol. 10. P. 37–46.

пока миллиграммы чистого вещества [35], димеризация [7] Yadav T. Proc. Symp. on Recent Advances in Chemistry and полученных ПБФ с образованием C60 требует определенPhysics of Fullerenes and Related Materials / Ed. R. Ruoff, ной перестройки связей [33], что ставит под сомнение K. Kadish. The Electrochemical Society Proceedings Series, 1994. Vol. PV94-24. P. 111–119.

реальную осуществимость этого процесса.

[8] Yadav T. // Ibid. P. 120–131.

[9] Dyuzhev G. // Mol. Mat. 1996. Vol. 7. P. 61–68.

Фуллерены и шунгиты [10] Goroff N.S. // Acc. Chem. Res. 1996. Vol. 29. N 2. P. 77–83.

[11] Parker D.H., Wurz P., Chatterjee K. et al. // J. Am. Chem.

В 1992 г. появилось сенсационное сообщение из АриSoc. 1991. Vol. 113. P. 7499–7503.

зонского университета США [36] о том, что в карельских [12] Афанасьев Д., Блинов И., Богданов А. и др. // ЖТФ. 1994.

шунгитах обнаружены фуллерены. Поскольку природные Т. 64. Вып. 10. С. 76–90.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Перспективы развития промышленных методов производства фуллеренов [13] Belz T., Find J., Herein D. et al. // Ber. Bunsenges. Phys.

Chem. 1997. Vol. 101. P. 712–725.

[14] Yoshie K., Kasuya Sh., Eguchi K., Yoshida T. // Appl. Phys.

Lett. 1992. Vol. 61. N 23. P. 2782–2783.

[15] Yoshida T., Tani T., Nishimura H., Akashi K. // J. Appl.

Phys. 1983. Vol. 54. P. 640–646.

[16] Fulcheri L., Schwob Y., Fabry F., Flamant G. // 5th European Conf. on Thermal Plasma Process. St. Petersburg, 1998. P. 216.

[17] Gerhardt Ph., Loeffler S., Homann K.-H. // Chem. Phys.

Lett. 1987. Vol. 137. P. 306–310.

[18] Howard J.B., McKinnon J.T., Makarovsky Y. et al. // Nature.

1991. Vol. 352. P. 139–141.

[19] Howard J.B., McKinnon J.T., Johnson M.T. et al. // J. Phys.

Chem. 1992. Vol. 96. P. 6657–6662.

[20] Howard J.B., Lafleur A.L., Makarovsky Y. et al. // Carbon.

1992. Vol. 30. N 8. P. 1183–1201.

[21] Baum Th., Loeffler S., Loeffler Ph. et al. // Ber. Bunsenges.

Phys. Chem. 1992. Vol. 96. N 7. P. 841–856.

[22] Bachman M., Griesheimer J., Homann K.-H. // Chem. Phys.

Lett. 1994. Vol. 223. P. 506–510.

[23] Tailor R., Langley G.J., Kroto H.W., Walton D.R.M. // Nature. 1993. Vol. 366. P. 728–731.

[24] Pope Ch. J., Marr J.A., Howard J.B. // J. Phys. Chem. 1993.

Vol. 97. P. 11 001–11 013.

[25] Duan H.M., McKinnon J.T. // J. Phys. Chem. 1994. Vol. 98.

N 49. P. 12 815–12 818.

[26] Richter H., Labrocca A.J., Grieco W.J. et al. // J. Phys. Chem.

B. 1997. Vol. 101. P. 1556–1560.

[27] Афанасьев Д.В., Дюжев Г.А., Каратаев В.И. // Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. Вып. 5. С. 35–40.

[28] Chibante L.P.F., Thess A., Alford J.M. et al. // J. Phys. Chem.

1993. Vol. 97. P. 8696–8700.

[29] Field C.L., Pitts J.R., Hale M.J. et al. // J. Phys. Chem. 1993.

Vol. 97. P. 8701–8702.

[30] Diederich F., Rubin J. // Angew. Chem. Int. Ed. Eng. 1992.

Vol. 31. N 9. P. 1101–1123.

[31] Diederich F. // Nature. 1994. Vol. 369. P. 199–207.

[32] Barth W.E., Lawton R.G. // J. Am. Chem. Soc. 1966. Vol. 88.

N 2. P. 380–381.

[33] Rabideau P.W., Abdourazak A.YH., Folsom H.E. et al. // J.

Am. Chem. Soc. 1994. Vol. 116. N 17. P. 7891–7892.

[34] Scott L.T., Bratcher M.S., Hagen S. // J. Am. Chem. Soc.

1996. Vol. 118. N 36. P. 8743–8744.

[35] Hagen S., Bratcher M.S., Erickson M.S. et al. //Angew.

Chem. Int. Ed. Engl. 1997. Vol. 36. N 4. P. 406–408.

[36] Buseck P.R., Tsipurski S.J., Hettich R. // Science. 1992.

Vol. 257. N 7. P. 215–217.

[37] Ozawa E. // Fullerene Sci. Technol. 1999. Vol. 7. N 4.

P. 637–652.

[38] Ozawa M., Deota P., Ozawa E. // Fullerene Sci. Technol.

1999. Vol. 7. N 3. P. 387–409.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.