Наноматериалы: синтез нанокристаллических порошков и получение компактных нанокристаллических материалов. Миттова И.Я - 10 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

10
алмазом. Центральное место среди фуллеренов принадлежит молекуле
С
60
, имеющей наиболее высокую симметрию и, как следствие, наиболь-
шую стабильность. По форме молекула фуллерена C
60
напоминает по-
крышку футбольного мяча и имеет структуру правильного усечённого
икосаэдра. В молекуле фуллерена С
60
атомы углерода образуют замкну-
тую полую сферическую поверхность, состоящую из 5- и 6-членных ко-
лец, причем каждый атом имеет координационное число, равное трем, и
находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника.
Диаметр молекулы фуллерена С
60
составляет 0,72 – 0,75 нм.
Очень необычны свойства фуллеренов. Так, кристаллические фул-
лерены представляют собой полупроводники и обладают фотопроводи-
мостью, а кристаллы С
60,
легированные атомами щелочных металлов, об-
ладают металлической проводимостью и переходят в сверхпроводящее
состояние при 30 К и выше.
После открытия молекулярных кластеров углерода и первых наблю-
дений молекулы фуллерена С
60
, после интенсивных и разнообразных ис-
следований синтеза, строения и свойств фуллеренов прилагались очень
большие усилия для получения молекулярных кластеров других веществ.
По аналогии с фуллеренами ожидалось, что эти молекулярные кластеры
должны иметь уникальные физические и химические свойства, отличные
от свойств известных полиморфных модификаций этого же вещества.
Поиски новых молекулярных кластеров увенчались открытием в
1992 году нового необычного стабильного заряженного кластера Ti
8
C
12
,
соответствующего молекуле стехиометрического состава Ti
8
C
12
+
в форме
слегка искаженного додекаэдра. В этой молекуле все атомы титана и уг-
лерода имеют одинаковую (как в фуллерене С
60
) координацию, равную
трем, занимают одинаковые позиции и распределены по вершинам доде-
каэдра таким образом, что титан связан только с углеродом, а шесть ди-
меров С
2
чередуются с восемью атомами Ti.
Очень интересно, что при плазмохимическом газофазном синтезе
наблюдалось преимущественное образование кластерных частиц М
8
С
12
и
М
m
C
n
(М – это Ti, Zr, Hf, V) с соотношением М:С как 1,5 – 2,0, а не нано-
частиц карбидов TiC, ZrC, HfC, VC с кубической кристаллической струк-
турой типа В1. При аналогичном синтезе в системах Та-С и Nb-C наряду с
кластерами Ta
m
C
n
и Nb
m
C
n
, по составу близкими к M
8
C
12
, образовывались
в небольшом количестве нанокристаллические частицы M
m
C
n
с m ≈ n,
имеющие кубическую структуру. Между тем обычный плазмохимический
синтез (без применения лазерного нагрева плазмы) позволяет получать
только карбидные наночастицы. Таким образом, при газофазном синтезе в
системах «переходный металл-углерод» возможно образование двух
структур: кубической и типа металлокарбогедренов. Поскольку первона-
чально в каждой системе М-С обычно обнаруживали кластеры (или час-
тицы) только одного структурного типа, то можно было предположить,
что избирательное образование той или иной структуры обусловлено их
термодинамической стабильностью. 
                                   10

алмазом. Центральное место среди фуллеренов принадлежит молекуле
С60, имеющей наиболее высокую симметрию и, как следствие, наиболь-
шую стабильность. По форме молекула фуллерена C60 напоминает по-
крышку футбольного мяча и имеет структуру правильного усечённого
икосаэдра. В молекуле фуллерена С60 атомы углерода образуют замкну-
тую полую сферическую поверхность, состоящую из 5- и 6-членных ко-
лец, причем каждый атом имеет координационное число, равное трем, и
находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника.
Диаметр молекулы фуллерена С60 составляет 0,72 – 0,75 нм.
      Очень необычны свойства фуллеренов. Так, кристаллические фул-
лерены представляют собой полупроводники и обладают фотопроводи-
мостью, а кристаллы С60, легированные атомами щелочных металлов, об-
ладают металлической проводимостью и переходят в сверхпроводящее
состояние при 30 К и выше.
      После открытия молекулярных кластеров углерода и первых наблю-
дений молекулы фуллерена С60, после интенсивных и разнообразных ис-
следований синтеза, строения и свойств фуллеренов прилагались очень
большие усилия для получения молекулярных кластеров других веществ.
По аналогии с фуллеренами ожидалось, что эти молекулярные кластеры
должны иметь уникальные физические и химические свойства, отличные
от свойств известных полиморфных модификаций этого же вещества.
      Поиски новых молекулярных кластеров увенчались открытием в
1992 году нового необычного стабильного заряженного кластера Ti8C12,
соответствующего молекуле стехиометрического состава Ti8C12+ в форме
слегка искаженного додекаэдра. В этой молекуле все атомы титана и уг-
лерода имеют одинаковую (как в фуллерене С60) координацию, равную
трем, занимают одинаковые позиции и распределены по вершинам доде-
каэдра таким образом, что титан связан только с углеродом, а шесть ди-
меров С2 чередуются с восемью атомами Ti.
      Очень интересно, что при плазмохимическом газофазном синтезе
наблюдалось преимущественное образование кластерных частиц М8С12 и
МmCn (М – это Ti, Zr, Hf, V) с соотношением М:С как 1,5 – 2,0, а не нано-
частиц карбидов TiC, ZrC, HfC, VC с кубической кристаллической струк-
турой типа В1. При аналогичном синтезе в системах Та-С и Nb-C наряду с
кластерами TamCn и NbmCn, по составу близкими к M8C12, образовывались
в небольшом количестве нанокристаллические частицы MmCn с m ≈ n,
имеющие кубическую структуру. Между тем обычный плазмохимический
синтез (без применения лазерного нагрева плазмы) позволяет получать
только карбидные наночастицы. Таким образом, при газофазном синтезе в
системах «переходный металл-углерод» возможно образование двух
структур: кубической и типа металлокарбогедренов. Поскольку первона-
чально в каждой системе М-С обычно обнаруживали кластеры (или час-
тицы) только одного структурного типа, то можно было предположить,
что избирательное образование той или иной структуры обусловлено их
термодинамической стабильностью.

Страницы