ФУЛЛЕРЕНЫ

Фуллере́н, бакибо́л или букибо́л – молекулярное соединение, принадлежащее классу аллотропных форм углерода и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Своим названием фуллерены обязаны инженеру и архитектору Ричарду Бакминстеру Фуллеру, чьи геодезические конструкции построены по этому принципу [Osawa E. Kagaku (Kyoto), V.25, P. 854 (1971)].

Метод синтеза
Получение фуллеренов проходит в несколько этапов.
Сначала фуллеренсодержащая сажа производится методом электродугового синтеза: углеродные электроды, нагреваемые электрическим током в атмосфере гелия, могут давать граммовые количества фуллеренов, включенных в образующуюся сажу.
Затем фуллерены выделяются из сажи методом экстракции. Фуллерены экстрагируются путем вымывания фуллеренсодержащей сажи растворителем, чем обеспечивается практически полное их извлечение из сажи. Преимущество данного метода является его высокая эффективность.
Итоговый этап получения индивидуального фуллерена С60 (углерода С60) заключается в разделении экстракта смеси фуллеренов путем хроматографического разделения через сорбенты.

Углеродные наноструктуры
Условно все углеродные наноструктуры можно разделить на фуллерены и фуллероидные структуры.

Фуллерены, которые называют также еще и футболенами (footballene), бэккиболами(buckyball), представляют собой химически стабильную замкнутую поверхностную структуру углерода, в которой атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников (гексагонов) или пятиугольников (пентагонов), регулярным образом покрывающих поверхность сферы или сфероида, причем пентагоны изолированы друг от друга, т.е. не имеют общих друг с другом точек соприкосновения ни на ребрах, ни в вершинах. Число атомов углерода в молекуле фуллерена больше либо равно 60.

Химики разделяют фуллерены на две группы: легкие фуллерены, к которым относят С60 и С70, и тяжелые (высшие) фуллерены, к которым относят остальные фуллерены, число атомов в которых более 70.

«Фуллерены» с числом атомов углерода меньше 60 относят к так называемым недофулеренам, которые могут иметь как замкнутую, так и незамкнутую структуры. В замкнутых структурах, внешне похожих на фуллерены, вследствие малого количества атомов углерода, между атомами углерода существуют достаточно сильные напряжения, значительно ослабляющие в молекуле межатомные взаимодействия. Незамкнутые структуры по форме ассоциируются со скорлупками разбитого яйца. Вследствие особенностей строения недофуллерены неустойчивы к внешним воздействиям.

Фуллерены способны вступать во взаимодействие с различными веществами с образованием устойчивых структур. В связи с этим его производные также являются перспективными для использования в различных областях науки и техники. Выделяют эндоэдральные и экзоэдральные производные (или комплексы). В первых, уже синтезируемых в макроколичествах, один или несколько атомов металлов, неметаллов или даже отдельных молекул помещаются внутрь углеродной сферы. При образовании вторых происходит взаимодействие на наружной поверхности фуллерена.

Из всего многообразия фуллероидных структур – нанотрубки, нанобаррели (нанобочоночки), нанобусины, нанопланары, нанолуковицы и другие,­ в настоящее время наибольший интерес вызывают нанотрубки.

Нанотрубки представляют собой макромолекулы цилиндрической формы, состоящие из свернутой графитовой плоскости, состоящей из гексагонов. Как правило, торцы нанотрубок закрыты так называемыми «фуллереновыми крышечками». Диаметр нанотрубок не превышает нескольких нанометров, а длина может составлять от одного до нескольких микрон. В завис имости от условий получения, нанотрубки могут состоять из одного или нескольких слоев, иметь открытые или закрытые концы и обладать различными проводящими свойствами ­ от проводящих до изолирующих.