Первоначально химики Смоли и Крото полагали, что фуллерены (fullerene) формируются из фрагментов графита, выделяясь из графита в процессе лазерного облучения. Однако этот механизм формирования фуллеренов не получил подтверждения на практике и был тем самым опровергнут. Наиболее убедительными были исследования изотопного распределения С60, производимого из смеси чистого углерода 1:1 с графитовым порошком.
Молекулы С60 сформированные таким образом содержат атомы 12C и 13C. Скорее всего, исследователи готовились к агрегации атомов углерода или небольшой сети, не помышляя о скручивании и предварительно отфильтрованных из графитного листа элементов.
В ходе экспериментов Смоли и Крото с лазерной вапоризацией на месте облучения, где температура достигала более 10000°C образовывался плазменный углеродный пар. Для охлаждения этой сверх-горячей плазмы и генерации углеродных кластеров производится взрыв гелия от импульсного газового сопла. Как только атомы углерода охлаждаются, начинается процесс кластеризации. С помощью корректировки промежутков времени между лазерной вапоризацией и импульсами гелия может быть продлено время пребывания в источнике, что способствует росту кластеризации для агрегирования раствора атомов углерода.
Процесс роста, при котором генерируются фуллерены, скорее всего, начинается с малых линейных цепей, которые добавляются к другим линейным цепям и единичным атомам углерода. При этом цепочки значительно увеличиваются в размерах и в конечном итоге приобретают форму моноциклических колец. За счет дальнейшего дополнения атомов или маленьких цепей эти кольца могут, со временем, расти до достижения длины равной 25-35 атомов. Далее полициклические цепи, такие как вышеупомянутые графита, начнут взаимодействовать.
Для того чтобы объяснить формирование фуллеренов, открытые листы графита должны быть реорганизованы до объединенных пятиугольников встроенных в шестигранники. Пятиугольники будут способствовать сворачиванию листов графита, и позволять некоторым слоям атомов углерода с переменной валентностью соединяться. Наименьшее число результатов совпадений от скручивания будет больше, чем компенсируется в процессе формирования -структурных форм соединенных слоев углерода.
Ключ к успеху данного процесса в адекватном времени отжига, так что рост кластеров может включить достаточно пятиугольников для замыкания системы. Если скорость остывания углеродной плазмы слишком высока, большая часть кластеров будут значительно перерастать С60, становясь гигантскими фуллеренами или сажевыми частицами.
Фрагментация
Несмотря на то, что С60 обладает стабильным углеродным кластером, он способен фото-диссациировать при слабом лазерном облучении.
Интересно, что процесс фрагментации чистого фуллерена происходит через последовательные потери С2 на всем пути к С3. судя по всему, в этих условиях С60 сокращается на асе меньшие фуллерены до С32, в котором энергия деформации увеличивается на столько, что элемент распадается на открытые фрагменты.
Один из возможных механизмов экструзии С2 описан на рисунке 1. Сфероидальная структура Сn теряет С2 и реорганизовывается в Сn-2. Итоговая структура имеет один последний шестигранник, но с тем же количеством пятиугольников, какое необходимо для замыкания.
Критичным для данного механизма является существование процессов для быстрой поверхностной реорганизации геометрии. Поскольку кластеры наподобие С60 не имеют разделенных по краям пятиугольников.
Рисунок 1 Предполагаемый механизм экструзии единицы углерода из фуллерена.
При копировании текста будьте любезны указывать источник:
[ По материалам сайта NeoTechProduct.ru ]