Физики разгадали тайну "устойчивых фуллеренов"

МОСКВА, 8 дек — РИА Новости. Специалисты Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" объяснили механизм устойчивости допированных фуллеренов, тем самым упростив их промышленное производство и применение (например, в качестве наноэлементов для электроники). Статья об этом исследовании опубликована в авторитетном научном журнале "Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures".

Углерод – один из самых распространенных на земле химических элементов, входящий в состав всех органических и многих неорганических соединений. До конца XX века было известно только две его аллотропные формы – алмаз и графит. К сегодняшнему дню ученые открыли множество новых форм, которые уже используют в электронике, фармакологии, энергетике.

Александр Вуль отвечает на вопросы Анатолия Чубайса
Физик: Россия еще может стать лидером в углеродных нанотехнологиях
Одной из наиболее перспективных подобных форм являются фуллерены – сферообразные полые кластеры, содержащие от 20 до нескольких сотен атомов углерода. Их открытие было отмечено Нобелевской премией по химии за 1996 год. Оказалось, что каждый фуллерен может выступать, как готовый наноэлектронный прибор – например, диод или транзистор. Благодаря своим размерам такие "приборы" очень эффективны и обладают исключительным быстродействием.

Следующим этапом развития фуллереновых технологий стало использование химически модифицированных фуллеренов. Распространенным способом модификации является замещающее допирование – замена одного или нескольких атомов углерода атомами другого элемента. При этом общая структура фуллерена сохраняется, но его электронное строение и химическая активность меняются. Таким образом, замещающее допирование увеличивает вариативность свойств фуллеренов и, следовательно, расширяет возможности их использования.

В качестве замещающих элементов обычно используют ближайшие соседи углерода в таблице Менделеева: бор или азот, чьи атомы близки к атомам углерода по массе и размерам. Кроме того, допированные этими элементами фуллерены выступают хорошими адсорбентами лекарственных средств и нервнопаралитических газов, эффективно поглощая примеси.

Однако, бурный всплеск интереса к их промышленному синтезу позволил обнаружить и то, что производство допированных азотом фуллеренов имеет высокий процент "брака" – дефектных изомеров, отличающихся от остальных по структуре и свойствам. Под действием высоких температур, необходимых для синтеза, в них возникали так называемые "дефекты Стоуна-Уэльса", приводящие к дестабилизации фуллеренового каркаса. И, что важно – такой проблемы не возникало с фуллеренами, допированными бором: те оказывались устойчивыми к высоким температурам.

Так художник представил себе стокновение сверхмалых частиц
Руководство МИФИ: мир стоит на пороге новой физики
Объяснить эту особенность взялись доценты Кафедры физики конденсированных сред ИНТЭЛ НИЯУ МИФИ Константин Катин и Михаил Маслов. Для изучения они выбрали самый маленький фуллерен, состоящий всего из 20 атомов. Из-за своего малого размера он менее стабилен, чем другие фуллерены. Потому именно в нем должны были наиболее ярко проявиться причины, приводящие к возникновению дефектов.

Взаимодействие атомов фуллерена и распределение электронов внутри его объема описывались в рамках специальных математических моделей, основанных на законах квантовой механики. Для расчетов ученые использовали как специализированные программные пакеты, так и уникальные программы самих авторов. Главная трудность состояла в том, чтобы установить геометрию "седловой точки": конфигурации фуллерена, при прохождении которой обычное термическое возбуждение становится необратимым – и обязательно приводит к возникновению дефекта.

Полученные в НИЯУ МИФИ результаты позволили полностью объяснить механизм устойчивости допированных фуллеренов. На основании квантово-механических уравнений авторы доказали, что, в отличие от бора, даже единственный атом азота дестабилизирует скелет фуллерена. Это связано с наличием у атома азота одного дополнительного, по сравнению с углеродом, электрона.

"Оказалось, что для разрушения исходного фуллерена С20 нужно затратить 4.93 эВ энергии, а для разрушения допированного фуллерена C19N – только 2.98 эВ. Кластеры с более высоким содержанием азота еще менее устойчивы. Полученные данные позволили сделать вывод о том, что допированные азотом фуллерены очень чувствительны к температурному режиму: понижение температуры в реакторе всего на ~20°C приведет к существенному уменьшению доли дефектных фуллеренов", – объясняет Константин Катин.

После выхода публикации работой активно заинтересовались исследователи из разных стран, занимающиеся проблемами производства и использования допированных фуллеренов. В ближайшие годы может быть создана технология синтеза допированных азотом фуллеренов при пониженных температурах. Она позволит решить проблему дефектных изомеров и обеспечит воспроизводимость свойств получающихся кластеров.

РИА Наука
Наверх
Авторизация
He правильное имя пользователя или пароль
Войти через социальные сети
Регистрация
E-mail
Пароль
Подтверждение пароля
Введите код с картинки
He правильное имя пользователя или пароль
* Все поля обязательны к заполнению
Восстановление пароля
E-mail
Инструкции для восстановления пароля высланы на
Смена региона
Идет загрузка...
Произошла ошибка... Повторить
правила комментирования материалов

Регистрация пользователя в сервисе РИА Клуб на сайте Ria.Ru и авторизация на других сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» при помощи аккаунта или аккаунтов пользователя в социальных сетях обозначает согласие с данными правилами.

Пользователь обязуется своими действиями не нарушать действующее законодательство Российской Федерации.

Пользователь обязуется высказываться уважительно по отношению к другим участникам дискуссии, читателям и лицам, фигурирующим в материалах.

Публикуются комментарии только на тех языках, на которых представлено основное содержание материала, под которым пользователь размещает комментарий.

На сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» может осуществляться редактирование комментариев, в том числе и предварительное. Это означает, что модератор проверяет соответствие комментариев данным правилам после того, как комментарий был опубликован автором и стал доступен другим пользователям, а также до того, как комментарий стал доступен другим пользователям.

Комментарий пользователя будет удален, если он:

  • не соответствует тематике страницы;
  • пропагандирует ненависть, дискриминацию по расовому, этническому, половому, религиозному, социальному признакам, ущемляет права меньшинств;
  • нарушает права несовершеннолетних, причиняет им вред в любой форме;
  • содержит идеи экстремистского и террористического характера, призывает к насильственному изменению конституционного строя Российской Федерации;
  • содержит оскорбления, угрозы в адрес других пользователей, конкретных лиц или организаций, порочит честь и достоинство или подрывает их деловую репутацию;
  • содержит оскорбления или сообщения, выражающие неуважение в адрес МИА «Россия сегодня» или сотрудников агентства;
  • нарушает неприкосновенность частной жизни, распространяет персональные данные третьих лиц без их согласия, раскрывает тайну переписки;
  • содержит ссылки на сцены насилия, жестокого обращения с животными;
  • содержит информацию о способах суицида, подстрекает к самоубийству;
  • преследует коммерческие цели, содержит ненадлежащую рекламу, незаконную политическую рекламу или ссылки на другие сетевые ресурсы, содержащие такую информацию;
  • имеет непристойное содержание, содержит нецензурную лексику и её производные, а также намёки на употребление лексических единиц, подпадающих под это определение;
  • содержит спам, рекламирует распространение спама, сервисы массовой рассылки сообщений и ресурсы для заработка в интернете;
  • рекламирует употребление наркотических/психотропных препаратов, содержит информацию об их изготовлении и употреблении;
  • содержит ссылки на вирусы и вредоносное программное обеспечение;
  • является частью акции, при которой поступает большое количество комментариев с идентичным или схожим содержанием («флешмоб»);
  • автор злоупотребляет написанием большого количества малосодержательных сообщений, или смысл текста трудно либо невозможно уловить («флуд»);
  • автор нарушает сетевой этикет, проявляя формы агрессивного, издевательского и оскорбительного поведения («троллинг»);
  • автор проявляет неуважение к русскому языку, текст написан по-русски с использованием латиницы, целиком или преимущественно набран заглавными буквами или не разбит на предложения.

Пожалуйста, пишите грамотно — комментарии, в которых проявляется пренебрежение правилами и нормами русского языка, могут блокироваться вне зависимости от содержания.

Администрация имеет право без предупреждения заблокировать пользователю доступ к странице в случае систематического нарушения или однократного грубого нарушения участником правил комментирования.

Пользователь может инициировать восстановление своего доступа, написав письмо на адрес электронной почты moderator@rian.ru

В письме должны быть указаны:

  • Тема – восстановление доступа
  • Логин пользователя
  • Объяснения причин действий, которые были нарушением вышеперечисленных правил и повлекли за собой блокировку.

Если модераторы сочтут возможным восстановление доступа, то это будет сделано.

В случае повторного нарушения правил и повторной блокировки доступ пользователю не может быть восстановлен, блокировка в таком случае является полной.

Чтобы связаться с командой модераторов, используйте адрес электронной почты moderator@rian.ru или воспользуйтесь формой обратной связи.

Заявка на размещение пресс-релиза
Компания
Контактное лицо
Контактный телефон или E-mail
Комментарий
Введите код с картинки
Все поля обязательны к заполнению. Услуга предоставляется на коммерческой основе.
Заявка успешно отправлена