Около 20 лет назад ученые открыли уникальные свойства углеродов, так называемые нанотрубки. Как оказалось атомы углерода могут образовывать сферические молекулы – С60 (фуллерены).
Фуллерены
Молекула фуллерена С60 содержит фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которые запрещены природой для неорганических соединений. Поэтому молекулу фуллерена следует признать органической молекулой.
В фуллерене плоская сетка шестиугольников (графитовая сетка) свернута и сшита в замкнутую сферу благодаря пятиугольникам.
Фуллерит
Сгруппированные молекулы фуллерена образуют кристалл, минимальным структурным ядром которого является не атом углерода, а молекула фуллерена. Такое образование получило название фуллерит.
Он относится к веществам, являющимся связующим звеном между органическими и неорганическими веществами.
Самое интересное в фуллеренах п у с т о т а, которая остается в середине "футбольного мяча".
Благодаря своему сетчато-шарообразному строению фуллерены оказались идеальными наполнителями и идеальной смазкой Потому что в эту пустоту можно при желании поместить, что угодно: от газов до частей генов и др. фуллеренов.
Комбинируя внутри углеродных шаров разные атомы и молекулы, можно создавать самые фантастические материалы будущего.
Фуллерен не токсичен, не подавляет здоровые клетки, а наоборот, помогает работать всем биологическим структурам организма. Все целебные свойства фуллерена в воде резко усиливаются.
С540
Нанотрубки
Атомы углерода могут образовывать не только сферические молекулы, но и трубки нанометрового диаметра, состоящие из миллионов атомов: C1.000.000
Различают металлические и полупроводниковые нанотрубки.
Металлические нанотрубки проводят электрический ток даже при абсолютном нуле температуры. Проводимость полупроводниковых трубок равна нулю при абсолютном нуле и возрастает при повышении температуры.
Углеродные нанотрубки (УНТ) являются перспективным материалом с широким спектром потенциального использования: от наноэлектроники до водородной энергетики и медицины.
В области наноэлектроники УНТ открывают новые пути модификации современных СБИС (сверхбольших интегральных схем), новые возможности формирования 3d-структур на планарных интегральных схемах.
Для наноэлектроники также большой интерес представляет инкапсулирование молекул внутри углеродных ‘клеток’, которое может рассматриваться как особый вид легирования.
Внедрение молекул или молекулярных систем внутрь нанотрубок позволяет изменять свойства последних. К примеру, существуют молекулы, которые, будучи помещенными внутрь УНТ, могут менять ее проводимость. Это весьма перспективно не только для создания элементов интегральных наносхем, но и элементов памяти.
Нанокомпозиты с углеродными наносруктурами
Одним из путей решения проблемы повышения физико-механических свойств материалов является создание композитов, которые формируются из структурно неоднородных веществ различными методами в зависимости от исходной структуры матрицы.
В настоящее время наиболее активные исследования проводятся для композитов на основе металлов, таких как титан; никель; вольфрам; алюминий; медь; железо и др. Значительное количество исследований выполнено для композитов на полимерной основе. В последние годы активные исследования проводятся для материалов на основе цементных вяжущих.
Несмотря на принципиальное различие матричной основы важнейшими принципами определяющими в конечном итоге свойства создаваемого композита являются равномерность распределения упрочняющих наноразмерных структур в объеме материала и обеспечение химического взаимодействия между наполнителем и матрицей, что возможно достичь одностадийно с наилучшими показателями в технологии «Торнадо».
Как отметил Лобода Роман Евгеньевич, руководитель инвестиционной компании REL Investments Group – особый интерес представляют нанокомпозиты, размеры структурных элементов которых не превышают 100 нм. В этой размерной области упрочняющие частицы приобретают особую структуру и проявляют уникальные механические, электронные, тепловые свойства. К таким объектам относятся открытые за последние десятилетия углеродные наноструктуры – фулерены, нанотрубки, астралены, наноалмазы.
Применение фуллеренов
Физики используют фуллерены для создания органических солнечных батарей, химических лазеров и "молекулярных компьютеров", а также ультратвёрдых материалов и материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью.
Химики используют фуллерены в качестве нового типа катализаторов, смазок, поглотителей веществ, фильтров и др.
Биологи и фармакологи используют шары фуллерена для доставки внутрь клетки и размещения на поверхности клеточных мембран самых различных веществ, включая антибиотики, витамины, гормоны, а также фрагменты генокода при создании трансгенных животных и растений.
При этом "фаршированные" фуллерены, включив в свою внутреннюю полость другие молекулы, приобретают совершенно новые свойства! Малые размеры, возможность при синтезе получать необходимую электропроводность, механическая прочность и химическая стабильность делают углеродные наноструктуры новым материалом для производства рабочих элементов функциональных схем. Поэтому в настоящее время усилия ученых направлены на разработку технологии получения фуллеренов и нанотрубок, заполненных проводящим или сверхпроводящим материалом.
Пружина Юрий Станиславович, PhD (The Engineering & Technology Management)
Руководитель департамента по развитию проектов компании REL Investments Group.