Корейские учёные сделали субнанометровый футбольный мячик

Исследователи из Института фундаментальных наук в Южной Корее облучили труксен высокоэнергетическим электронным пучком, в результате чего он закрутился в фуллерен.

Кристаллическая решётка фуллерена похожа на футбольный мяч, «сшитый» из шестиугольников и пятиугольников. Фуллерен состоит из чистых атомов углерода — не менее 20 (C20). Самые распространённые формы содержат 60 и 70 атомов (C60 и C70). Производители добавляют фуллерен в материалы или покрывают их тонкой плёнкой из фуллеритов (молекулярных кристаллов из фуллеренов) для повышения прочности и износостойкости. Также исследователи изучают свойства фуллеренов и других углеродных конструкций для использования в медицине.

Чаще всего фуллерен синтезируют методом Хоффмана-Кретчмера, испаряя графитовые стержни в электрической дуге. В процессе испарения образуется графитовая сажа, которую соскабливают и растворяют в туоле или бензоле. Полученную жидкость выпаривают и получают фуллерены. В иных случаях фуллерены получают сжигая в вакууме углеводород и охлаждая пары струёй инертного газа.

21 мая исследователи из Южной Кореи опубликовали статью на сайте Американского химического общества, где описали альтернативный метод синтеза фуллерена. 

В качестве исходного материала учёные использовали производную труксена (C60H30). Для удобства наблюдения труксен поместили на монослой графена. Он предотвращал быстрое перемещение молекул. Фиксация на графене позволила исследователям изучать молекулы по отдельности. 

Полученный двумерный материал облучали электронным пучком с энергией электронов 80 КэВ. Под действием потока электронов в труксене произошла дегидроциклизация, то есть высвобождение атомов водорода. Оставшиеся атомы углерода скрутились в фуллерен.

Используя электронную микроскопию с атомным разрешением в режиме реального времени (SMART-EM) и просвечивающую электронную микроскопию (TEM) с коррекцией аберраций исследователи запечатлели процесс синтеза на видео. 

Наблюдая за процессом через ТЕМ исследователи установили, что электронный пучок передает кинетическую энергию ядрам и возбуждает колебательные состояния молекулы. Благодаря этому у молекулы появляется достаточно энергии для химической реакции.

Фуллерены формировались не при каждом случае облучения труксена. При преобладании высокоэнергетических связей вместо сборки в мяч молекула разрушалась. Тем не менее, по словам исследователей, вероятность образования фуллерена при облучении труксена выше, чем при деструктивном методе разрыва связи между углеродом и водородом.

Описанный опыт стал первым в истории анализом дискретного преобразования молекулы в молекулу, снятым на видео. Исследователи не только создали упрощённый способ получения фуллерена, но и проследили реакцию молекул и атомов на высокоэнергетические электронные пучки.

На основе полученных данных исследователи планируют создать менее затратный способ синтеза фуллерена. Сейчас стоимость одного грамма фуллерена варьируется от трёх до нескольких десятков и сотен тысяч рублей. Также данные из исследования пригодятся в изучении свойств и разработки наноматериалов. 

 

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»