Реферат: Фуллерены

Две возможности были предложены для процесса отжига углеродного кластера в фуллерен: постепенная трансформация полициклического кластера через после­довательность реакций перехода одного изомера в другой и кристаллизация жидкого кластера. Были проведены расчеты постепенной трансформа­ции в фуллерен для плоского трехциклического кластера C₆₀ (рис. 8) и трехмерного трехциклического кластера С ₃₆ (рис. 9 и 10). При трансформации плоского трехциклического кластера получается очень вытянутый фуллерен С ₆₀ с множеством дефектов - с семиугольни­ками и соприкасающимися пятиугольниками. Более того, расчетное время трансформации более > 10 ^-3 сильно зависит от начальной структуры трехциклического кластера и даже для такого "дефектного фулле рена превышает экспериментальное время образования фуллеренов . При трансформации трехмерного трехциклического кластера

Модель трансформации полициклического кластера в фуллерен не предусматривает испускание атомов и микрокластеров во время этого процесса. Однако, как упомянуто выше, на испускание атомов и микрокласте- ров во время отжига углеродного кластера в фуллерен указывает ряд экспериментов. Испускание атомов и микрокластеров возможно из жидкого кластера. В силу приведенных аргументов мы считаем, что кристаллизация жидкого кластера является более вероятным путем трансформации кластеров в фуллерен, чем постепенная трансформация полициклического кластера. Тем не менее, мы полагаем, что возможен кроссовер от одного поведения к другому в зависимости от начальной температуры кластера и времени отжига.

Итак, мы считаем, что образование фуллеренов происходит в следующем порядке: сначала образуются жидкие углеродные кластеры, затем эти кластеры кри­сталлизуются в фуллерены с испусканием атомов и микрокластеров. Используем этот сценарий для объяс­нения ряда экспериментальных фактов.

1. Исследования ЯМР фуллеренов С₆₀ , обогащенных изотопом ¹³ С, показывают, что атомы ¹³ С, бывшие соседями в аморфном углероде, не являются ими в фуллеренах . Этот факт означает либо отсутствие С₂ , С₃ и других микрокластеров среди продуктов испаре­ния аморфного углерода, либо, в соответствии с обсуж­даемой моделью кристаллизации жидкого кластера в фуллерен, перемешивание атомов в жидком кластере до его кристаллизации.

2. В ряде экспериментов для углеродных кластеров, содержащих 30-40 атомов, наблюдается "мертвая об­ласть" в масс-спектре с очень малым количеством кластеров. Было предположено, что кластеры из "мертвой области" распадаются с испусканием кластеров, содержащих более 10 атомов. Мы предлагаем другое обмеление "мертвой обла­сти". Фуллерены, содержащие 30-40 атомов, имеют меньшую энергию связи, приходящуюся на один атом, чем фуллерены большего размера. Поэтому кла­стеры, содержащие 30-40 атомов, имеют меньшую температуру кристаллизации, позднее кристаллизуются в фуллерены при остывании плазмы и, следовательно, у них есть больше времени для роста в большие кластеры, что приводит к существенному уменьшению количества кластеров, соответствующих "мертвой области" масс-спектра. Такое объяснение подтверждается расчетами кинетики возникновения углеродных кластеров. Не исключена также возможность, что "мертвая область" возникает в результате роста фуллеренов после их образования.

3. Были предложены особые пути сборки металло- фуллеренов с атомом металла внутри. Мы предлагаем простое объяснение: атом оказы­вается внутри фуллерена в процессе кристаллизации жидкого кластера.

Было обнаружено, что атомы инертных газов могут попадать внутрь фуллеренов после образования послед­них. Механизм "открывания окна" был предложен для объяснения этого эксперимента: связи между атомами фуллерена перестраиваются на короткое время, образуя вместо шестичленного кольца кольцо большего размера, через которое атом инертного газа проникает внутрь.