Fulleriitti ( eng. fulleriitti ) - molekyylikiteet , fullereenien C 60 ja C 70 pallomaisten hiilimolekyylien bulkkipolymeroinnin tuotteet yli 90 tuhannen ilmakehän paineessa ja yli 300 ° C lämpötilassa. Tuloksena oleva materiaali säilyttää täysin Fullereenien jäykkä rakenne, jotka polymeroinnin aikana liittyvät toisiinsa vahvoilla timanttimaisilla sidoksilla. Tämä johtaa avaruudellisten kehysten, joiden jäykkyys ja kovuus on epätavallisen korkea, ilmaantumiseen.
Internetissä on levinnyt virheellinen mielipide/tieto, että fulleriitti on väitetysti kovempaa kuin timantti (oletettavasti sen kovuus saavuttaa 300-310 GPa Vickersin asteikolla, kun taas timantissa se vaihtelee välillä 90-120 GPa - luonnollisissa näytteissä ja jopa 150 ja mahdollisesti jopa 200 GPa - keinotekoisille, koska valvotut olosuhteet voidaan tehdä ihanteellisiksi minkä tahansa ominaisuuden / laadun parantamiseen / parantamiseen). Se liittyy siihen tosiasiaan, että ensinnäkin se on teoreettisesti laskettu kovuus molekyylitasolla ja viittaa nanotimantteihin, joita saadaan fulleriitistä/fulereeneistä (eli sitä ei lasketa aineen/materiaalin tasolla, koska se on saatu vain hyvin mikroskooppisia määriä, koska nanotimantit) ... ja toiseksi, niin kutsutussa "timanttialastimessa" tehdyssä kokeessa timantista löydettiin naarmuja, joita mikroskooppinen fulleriittineula jätti, vaikka nanotimantit voisivat olla kapeampia (mutta vaikka se olisi fulleriittia, niin tästä ei voida päätellä, että se on kovempaa kuin timantti, koska erittäin terävää esinettä käytettiin korkeassa paineessa, eli vaikka sen kovuus olisi 3 kertaa pienempi kuin timantin, se myös naarmuta sitä, eli täysin täsmälleen sama tulos olisi ollut, jos tuo neula olisi valmistettu kuutiometristä boorinitridistä). [yksi]
W. Kretschmer ja D. Huffman havaitsivat ensimmäisen kerran kiinteää fulleriittia toukokuussa 1990 yhdessä ydinfysiikan instituutin laboratorioista Heidelbergissä (Saksa). Fulleriitti on puhtaan hiilen allotrooppinen muoto , joka eroaa pohjimmiltaan sekä timantista että grafiitista . On olemassa tietoa fulleriittien muodostumisen mahdollisuudesta luonnollisissa olosuhteissa (fulleriitti lähetettiin mineraalien luokitukseen, hiiliryhmän alkuperäisten alkuaineiden luokkaan).
Normaaleissa olosuhteissa (300 K) fullereenimolekyylit muodostavat kasvokeskeisen kuutiokidehilan ( fcc ) .
Tällaisen hilan jakso on a = 1,417 nm, C60-fullereenimolekyylin keskimääräinen halkaisija on 0,708 nm ja viereisten C60-molekyylien välinen etäisyys on 1,002 nm. tiheys on 1,7 g/cm³, mikä on paljon pienempi kuin grafiitin (2,3 g/cm³) ja erityisesti timantin (3,5 g/cm³) tiheys. Tämä johtuu siitä, että fulleriittihilan kohdissa sijaitsevat fullereenimolekyylit ovat onttoja.
Koska kiteessä olevien C60 -molekyylien väliset vuorovaikutusvoimat ovat pieniä ja symmetria on erittäin korkea, niin yli 260 K:n lämpötilassa fullereenimolekyylit pyörivät (eli edustavat muovikiteen faasia ) , ja pallomainen kerrosmalli on varsin käyttökelpoinen. heille. Pyörimistaajuus riippuu tietysti lämpötilasta ja T = 300 K:ssa se on noin 10 12 Hz. Kun lämpötila laskee (T < 260 K), fullereenimolekyylien pyöriminen pysähtyy. T = 260 K:ssa fulleriitin kiderakenne muuttuu (ensimmäisen asteen faasisiirtymä) samalla kun molekyylien pyörivä liike jäätyy molekyylien välisen vuorovaikutuksen energian lisääntymisen vuoksi. Ns. matalan lämpötilan fulleriittifaasissa on yksinkertainen kuutiohila.
Fulleriittikidehilan yksikkökenno sisältää 8 tetraedristä ja 4 oktaedristä tyhjää tilaa , joista kutakin ympäröi 4 ja 6 C60 -molekyyliä, vastaavasti . Oktaedristen onteloiden mitat ovat 0,42 nm, tetraedristen - 0,22 nm.
Fulleriitin matalan lämpötilan faasissa kussakin C60- molekyylissä on kaksi tetraedristä ja yksi oktaedrillinen väliontelo, joiden keskimääräiset lineaariset mitat ovat vastaavasti noin 2,2 Å ja 4,2 Å.
Fulleriitit ovat riittävän stabiileja kemiallisesti ja termisesti, vaikka ne edustavatkin faasia, joka on termodynaamisesti epäedullinen grafiitin suhteen. Ne pysyvät stabiileina inertissä ilmakehässä luokkaa 1200 K oleviin lämpötiloihin, joissa muodostuu grafiittia. Nestefaasin muodostumista näihin lämpötiloihin asti ei havaita. Hapen läsnä ollessa, jo 500 K:ssa, havaitaan huomattava hapettuminen CO:n ja CO 2 :n muodostuessa . Fulleriitin kemiallista tuhoamista helpottaa myös liuotinjäämien läsnäolo. Fulleriitit liukenevat melko helposti ei-polaarisiin aromaattisiin liuottimiin ja hiilidisulfidiin CS 2 . [2]
Koska fullereenimolekyylit ovat lähellä toisiaan, niistä voidaan saada erilaisia oligomeerejä ja polymeerifaaseja valon, elektronisäteilyn tai paineen vaikutuksesta. Enintään 10 GPa:n paineissa saatiin ja karakterisoitiin ortorombinen faasi, joka koostui toisiinsa liittyneistä C60-molekyylien lineaarisista ketjuista , sekä tetragonaaliset ja romboedriset faasit, jotka koostuivat kerroksista, joissa oli vastaavasti tetragonaalisia ja kuusikulmaisia molekyylien välisten sidosten verkkoja. [2]
On olemassa tietoa ferromagneettisten polymeroituneiden faasien muodostumisesta fulleriitista (ns. magneettisesta hiilestä) paineen ja lämpötilan vaikutuksesta, vaikka tämän ilmiön luonne ja itse tiedot eivät ole täysin yksiselitteisiä. Tällaisten faasien olemassaolo voidaan yhdistää vikojen muodostumiseen, epäpuhtausatomien ja hiukkasten läsnäoloon ja myös fullereenimolekyylien osittaiseen tuhoutumiseen. Yli 10 GPa:n paineissa ja yli 1800 K lämpötiloissa muodostuu timanttifaaseja ja nanokiteisiä timantteja voidaan saada tietyissä olosuhteissa. On huomattava, että timanttien muodostuminen fulleriitista tapahtuu alhaisemmissa lämpötiloissa kuin grafiitti . [2]
Fulleriittien ominaisuus on suhteellisen suurten molekyylien välisten onteloiden läsnäolo, joihin atomeja ja pieniä molekyylejä voidaan upottaa. Täyttämällä nämä tyhjät tilat alkalimetalliatomeilla saadaan fullerideja , joilla on suprajohtavia ominaisuuksia jopa 20-40 K lämpötiloissa. [2]
| Hiilen allotropia | |
|---|---|
| sp 3 | |
| sp 2 | |
| sp | Karbiini |
| sekoitettu sp 3 /sp 2 | |
| muu |
|
| hypoteettinen |
|
| liittyvät |
|