อ้างอิงจากวัสดุจาก www.fullwater.com.ua

"ฟูลเลเรน - เมทริกซ์แห่งชีวิต..."

ดังนั้น ฟูลเลอรีนจึงแตกต่างจากคาร์บอนในรูปแบบที่รู้จักกันดี เช่น เพชรและกราไฟต์ โมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ตัวแทนที่สำคัญที่สุดของตระกูลฟูลเลอรีน C60 ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอน 60 อะตอม อันที่จริงเราไม่สามารถพูดได้ว่า "โมเลกุลเพชรหรือกราไฟต์" สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงรูปแบบผลึกที่มีการจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนในเชิงพื้นที่ในโครงตาข่าย ฟูลเลอรีนเป็นรูปแบบโมเลกุลเดียวของคาร์บอน

ธรรมชาติได้รวมแนวคิดที่ขัดแย้งกันมากมายไว้ในวัตถุเดียว

ฟูลเลอรีนเป็นตัวเชื่อมระหว่างสารอินทรีย์และอนินทรีย์ นี่คือโมเลกุล อนุภาค และกระจุก เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล C60 คือ 1 นาโนเมตร ซึ่งสอดคล้องกับขอบเขตการกระจายตัวระหว่างสถานะโมเลกุลและคอลลอยด์ "จริง" ของสาร

หากเรามองเข้าไปข้างในฟูลเลอรีนเราจะพบเพียงความว่างเปล่าแทรกซึมอยู่ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- กล่าวอีกนัยหนึ่งเราจะเห็นช่องว่างกลวงบางชนิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.4 นาโนเมตร ประกอบด้วย “ ไม่มีอะไร" - เครื่องดูดฝุ่นห่อหุ้มด้วยเปลือกคาร์บอนคล้ายภาชนะชนิดหนึ่ง นอกจากนี้ผนังของภาชนะนี้ไม่อนุญาตให้อนุภาคของวัสดุใด ๆ (ไอออน, อะตอม, โมเลกุล) ทะลุเข้าไปข้างในได้ แต่พื้นที่กลวงนั้นราวกับเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาลนั้นค่อนข้างจะเป็นเช่นนั้น บางสิ่งบางอย่างเกินกว่าที่จะไม่มีสิ่งใดสามารถมีส่วนร่วมในการโต้ตอบที่ละเอียดอ่อนและให้ข้อมูลกับสภาพแวดล้อมทางวัตถุภายนอกได้ โมเลกุลฟูลเลอรีนสามารถเรียกได้ว่าเป็น "ฟองสุญญากาศ" ซึ่งวิทยานิพนธ์ที่ทราบกันดีว่าธรรมชาติรังเกียจสุญญากาศนั้นไม่เหมาะ สุญญากาศและสสาร– รากฐานทั้งสองของจักรวาลหลอมรวมกันเป็นหนึ่งเดียวอย่างกลมกลืน

คุณสมบัติที่โดดเด่นอีกประการหนึ่งของฟูลเลอรีนคือการมีปฏิสัมพันธ์กับน้ำ เป็นที่รู้กันว่ารูปแบบผลึกไม่ละลายในน้ำ ความพยายามหลายครั้งเพื่อให้ได้สารละลายที่เป็นน้ำของฟูลเลอรีนทำให้เกิดการก่อตัวของระบบน้ำฟูลเลอรีนที่มีการกระจายตัวแบบคอลลอยด์หรือแบบหยาบ ซึ่งอนุภาคดังกล่าวประกอบด้วยโมเลกุลจำนวนมากในรูปแบบผลึก การเตรียมสารละลายโมเลกุลที่เป็นน้ำดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ และการมีวิธีการแก้ปัญหาดังกล่าวถือเป็นสิ่งสำคัญมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้ในด้านชีววิทยาและการแพทย์ นับตั้งแต่การค้นพบฟูลเลอรีน ก็มีการคาดการณ์ถึงฤทธิ์ทางชีวภาพในระดับสูงของมัน อย่างไรก็ตาม ความคิดเห็นที่ยอมรับโดยทั่วไปเกี่ยวกับการไม่ชอบน้ำของฟูลเลอรีนได้ชี้นำความพยายามของนักวิทยาศาสตร์หลายคนในการสร้างอนุพันธ์ที่ละลายน้ำได้หรือรูปแบบที่ละลายได้ ในกรณีนี้ อนุมูลที่ชอบน้ำต่างๆ จะเกาะติดกับโมเลกุลฟูลเลอรีนหรือล้อมรอบด้วยโพลีเมอร์และพื้นผิวที่ละลายน้ำได้ สารออกฤทธิ์ต้องขอบคุณโมเลกุลฟูลเลอรีนที่ถูก "บังคับ" ให้คงอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ การศึกษาจำนวนมากพบว่ามีคุณภาพสูง กิจกรรมทางชีวภาพ- อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในเปลือกคาร์บอนด้านนอกทำให้เกิดการละเมิดโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และความสมมาตรของโมเลกุลฟูลเลอรีน ซึ่งจะทำให้ความจำเพาะของการโต้ตอบกับสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนไป ดังนั้นผลกระทบทางชีวภาพของโมเลกุลฟูลเลอรีนที่ถูกแปลงสภาพโดยเทียมส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของอนุมูลที่เกาะอยู่ รวมถึงตัวละลายและสิ่งสกปรกที่มีอยู่ โมเลกุลฟูลเลอรีนมีความเฉพาะตัวที่โดดเด่นที่สุดในรูปแบบที่ไม่มีการดัดแปลง และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสารละลายโมเลกุลในน้ำ

สารละลายน้ำที่เกิดขึ้นของฟูลเลอรีนจะคงตัวเมื่อเวลาผ่านไป (มากกว่า 2 ปี) และยังคงไม่เปลี่ยนแปลง คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีและพนักงานประจำ สารละลายเหล่านี้ไม่มีสารพิษเจือปน ตามหลักการแล้ว เป็นเพียงน้ำและฟูลเลอรีนเท่านั้น ยิ่งไปกว่านั้น ฟูลเลอรีนยังถูกสร้างไว้ในโครงสร้างน้ำหลายชั้นตามธรรมชาติ โดยที่น้ำชั้นแรกเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับพื้นผิวของฟูลเลอรีน เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างผู้บริจาคและผู้รับระหว่างออกซิเจนของน้ำและตัวรับจะมีศูนย์กลางอยู่บนพื้นผิวของฟูลเลอรีน .

ความซับซ้อนของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีน้ำก็มีความจุบัฟเฟอร์เช่นกัน ใกล้กับพื้นผิว ค่า pH ยังคงอยู่ที่ 7.2–7.6 โดยจะพบค่า pH เดียวกันนี้ใกล้กับพื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ในส่วนหลักของเซลล์ที่มีสุขภาพดีในร่างกาย กระบวนการ "โรค" ของเซลล์จำนวนมากเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ใกล้กับพื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ ในเวลาเดียวกันเซลล์ที่ป่วยไม่เพียงสร้างสภาพที่ไม่สบายใจให้กับตัวเองเท่านั้น แต่ยังส่งผลเสียต่อเพื่อนบ้านด้วย ฟูลเลอรีนที่ถูกไฮเดรตอยู่ใกล้ผิวเซลล์ สามารถรักษาค่า pH ที่เหมาะสมได้ ดังนั้นจึงมีการสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยเพื่อให้เซลล์สามารถรับมือกับความเจ็บป่วยได้

และคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของฟูลเลอรีนไฮเดรตก็คือ ความสามารถในการต่อต้านอนุมูลอิสระ- ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของฟูลเลอรีนนั้นมากกว่าผลของสารต้านอนุมูลอิสระที่รู้จักถึง 100–1,000 เท่า (เช่น วิตามินอี ไดบูนอล บีแคโรทีน) ยิ่งไปกว่านั้น ฟูลเลอรีนที่ให้ความชุ่มชื้นไม่ได้ระงับระดับอนุมูลอิสระตามธรรมชาติในร่างกาย และจะทำงานภายใต้เงื่อนไขของการเพิ่มความเข้มข้นเท่านั้น และยิ่งอนุมูลอิสระก่อตัวในร่างกายมากขึ้นเท่าใด ฟูลเลอรีนที่มีน้ำก็จะยิ่งทำให้เป็นกลางมากขึ้นเท่านั้น กลไกการออกฤทธิ์ของสารต้านอนุมูลอิสระของฟูลเลอรีนนั้นแตกต่างโดยพื้นฐานจากการออกฤทธิ์ของสารต้านอนุมูลอิสระที่รู้จักซึ่งใช้ในทางปฏิบัติ ดังนั้นในการต่อต้านอนุมูลอิสระจึงจำเป็นต้องมีโมเลกุลของสารต้านอนุมูลอิสระแบบดั้งเดิมหนึ่งโมเลกุล และโมเลกุลฟูลเลอรีนที่มีน้ำหนึ่งโมเลกุลสามารถต่อต้านอนุมูลอิสระได้ไม่จำกัดจำนวน เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต้านอนุมูลอิสระชนิดหนึ่ง ยิ่งไปกว่านั้น โมเลกุลฟูลเลอรีนเองก็ไม่ได้มีส่วนร่วมในการทำปฏิกิริยา แต่เป็นเพียงองค์ประกอบที่สร้างโครงสร้างของกระจุกน้ำเท่านั้น -

เมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมา นักวิชาการ Vernadsky สังเกตว่าสิ่งมีชีวิตมีความสมมาตรสูง สิ่งมีชีวิตจำนวนมากมีแกนสมมาตรลำดับที่ห้าต่างจากโลกอนินทรีย์ ฟูลเลอรีน C60 มีแกนลำดับที่ห้า 6 แกน ซึ่งเป็นโมเลกุลเพียงชนิดเดียวในธรรมชาติที่มีความสมมาตรอันเป็นเอกลักษณ์ แม้กระทั่งก่อนการค้นพบฟูลเลอรีน โครงสร้างโมเลกุลของโปรตีนบางชนิดมีรูปร่างเหมือนฟูลเลอรีน ไวรัสบางชนิดและโครงสร้างทางชีววิทยาที่สำคัญอื่นๆ (ตัวอย่าง) มีโครงสร้างคล้ายกัน ความสอดคล้องที่น่าสนใจระหว่างโมเลกุลฟูลเลอรีนกับกระจุกที่เล็กที่สุด โครงสร้างรองของดีเอ็นเอ- ดังนั้นขนาดของโมเลกุล C60 จึงสอดคล้องกับระยะห่างระหว่างเบสเสริมสามคู่ใน DNA ที่เรียกว่า รหัสซึ่งระบุข้อมูลการสร้างกรดอะมิโนหนึ่งตัวของโปรตีนสังเคราะห์ ระยะห่างระหว่างการหมุนของเกลียว DNA คือ 3.4 นาโนเมตร โดยคลัสเตอร์ C60 ทรงกลมแรกประกอบด้วยโมเลกุลฟูลเลอรีน 13 โมเลกุลมีขนาดเท่ากัน

เป็นที่ทราบกันว่าคาร์บอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกราไฟต์และคาร์บอนอสัณฐาน มีความสามารถในการดูดซับโมเลกุลที่ง่ายที่สุดบนพื้นผิวของมัน รวมถึงโมเลกุลที่อาจเป็นวัสดุสำหรับการก่อตัวของโมเลกุลที่สำคัญทางชีวภาพที่ซับซ้อนมากขึ้นในกระบวนการสร้างรากฐานของสิ่งมีชีวิต วัตถุ. เนื่องจากคุณสมบัติของตัวรับ ฟูลเลอรีนสามารถเลือกโต้ตอบกับโมเลกุลอื่น ๆ ได้ และในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ ถ่ายโอนคุณสมบัติเหล่านี้ไปยังชั้นน้ำที่ได้รับคำสั่งในระยะห่างจากพื้นผิวพอสมควร

มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับการกำเนิดชีวิตจากสสารอนินทรีย์และเงื่อนไขหลักคือปัจจัยต่างๆ เช่น

1. ความเข้มข้นของโมเลกุลอย่างง่าย (CO, NO, NH3, HCN, H2O ฯลฯ) ใกล้กับศูนย์กลางที่แอคทีฟซึ่งมีปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ แหล่งข้อมูลภายนอกพลังงาน.
2. ภาวะแทรกซ้อนของโมเลกุลอินทรีย์ที่เกิดขึ้นกับโพลีเมอร์และโครงสร้างลำดับปฐมภูมิ
3. การก่อตัวของโครงสร้างระดับสูง
4. การก่อตัวของระบบสืบพันธุ์ด้วยตนเอง

จากการทดลองเมื่อสร้างเงื่อนไขที่มีอยู่บนโลกในช่วงก่อนชีววิทยาความเป็นไปได้ในการสังเกตปัจจัยแรกได้รับการพิสูจน์แล้ว การก่อตัวของกรดอะมิโนที่สำคัญและไม่สำคัญและเบสนิวคลีอิกบางชนิดภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ค่อนข้างเป็นไปได้ อย่างไรก็ตามความน่าจะเป็นที่จะบรรลุเงื่อนไขทั้งหมดสำหรับการเกิดขึ้นของชีวิตนั้นแทบจะเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าจะต้องมีเงื่อนไขอื่นบางประการที่อนุญาตให้มีการดำเนินการตามวัตถุประสงค์ของกลไกการประกอบองค์ประกอบอย่างง่าย ความซับซ้อนและการเรียงลำดับของสารประกอบอินทรีย์ที่เกิดขึ้นให้อยู่ในระดับที่ปรากฏของสิ่งมีชีวิต และเงื่อนไขนี้ตามความเห็นของเรา คือการมีอยู่ของเมทริกซ์ เมทริกซ์นี้ต้องมีองค์ประกอบที่คงที่ มีความสมมาตรสูง มีปฏิสัมพันธ์ (แต่ไม่รุนแรง) กับน้ำ สร้างสภาพแวดล้อมที่สมมาตรรอบ ๆ ตัวมันเองของโมเลกุลอื่น ๆ ในระยะห่างที่พอเหมาะ สามารถรวมตัวของอนุมูลอิสระที่ใกล้พื้นผิวของมัน และอำนวยความสะดวกในการวางตัวเป็นกลางด้วยการก่อตัว ของโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน ในขณะเดียวกันก็ปกป้องรูปแบบที่เป็นกลางจากการถูกโจมตีโดยอนุมูลอิสระ สร้างโครงสร้างที่คล้ายกันและโครงสร้างที่คล้ายกันของสภาพแวดล้อมทางน้ำ และที่สำคัญที่สุด เมทริกซ์ของสิ่งมีชีวิตคาร์บอนต้องเป็นคาร์บอน และข้อกำหนดทั้งหมดนี้ได้รับการตอบสนองจากฟูลเลอรีนในสถานะไฮเดรต และเป็นไปได้มากว่าจะเป็นตัวแทนหลักและมั่นคงที่สุดของตระกูลฟูลเลอรีน C60 เป็นไปได้ค่อนข้างมากที่การเกิดขึ้นของชีวิตไม่ใช่การกระทำเบื้องต้น แต่กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและส่งผลกระทบต่อการพัฒนาของชีวิต การทดสอบชีวิตที่มีอยู่ และการก่อตัวของรูปแบบใหม่

ฟูลเลอรีนมีอยู่ในธรรมชาติทุกที่ที่มีคาร์บอนและพลังงานสูง พวกมันมีอยู่ใกล้ดาวคาร์บอน ในอวกาศระหว่างดวงดาว ในสถานที่ซึ่งมีฟ้าผ่าหรือใกล้ปล่องภูเขาไฟ แม้ว่าก๊าซจะถูกเผาในเตาแก๊สที่บ้านก็ตาม ฟูลเลอรีนยังพบในบริเวณที่หินคาร์บอนสะสมอยู่ด้วย สถานที่พิเศษที่นี่เป็นของหิน shungite ของ Karelian หินเหล่านี้ซึ่งมีคาร์บอนบริสุทธิ์มากถึง 90% มีอายุประมาณ 2 พันล้านปี ลักษณะของต้นกำเนิดยังไม่ชัดเจน สมมติฐานประการหนึ่งคือการตกของอุกกาบาตคาร์บอนขนาดใหญ่ ใน ซันไกต์ฟูลเลอรีนตามธรรมชาติถูกค้นพบเป็นครั้งแรก นอกจากนี้เรายังสามารถแยกและระบุฟูลเลอรีน C60 ในซันไนต์ได้อีกด้วย

ตั้งแต่สมัยของ Peter I มีน้ำพุแห่งการรักษาใน Karelia” น่านน้ำมาร์เซียล- เป็นเวลาหลายปีแล้วที่ไม่มีใครสามารถอธิบายเหตุผลของคุณสมบัติการรักษาของแหล่งนี้ได้อย่างชัดเจน สันนิษฐานว่าปริมาณธาตุเหล็กที่เพิ่มขึ้นเป็นสาเหตุของผลการปรับปรุงสุขภาพ อย่างไรก็ตาม มีแหล่งที่มีธาตุเหล็กมากมายบนโลก แต่ตามกฎแล้วจะไม่มีผลในการรักษา หลังจากการค้นพบฟูลเลอรีนในหินซุงไนต์ซึ่งมีน้ำพุไหลผ่าน จึงเกิดข้อสันนิษฐานว่าฟูลเลอรีนเป็นแก่นสารของผลการรักษาของน่านน้ำต่อสู้ อย่างไรก็ตาม สรรพคุณทางยาน้ำนี้เหมือนกับน้ำที่ละลายอยู่ได้ไม่นาน ไม่สามารถบรรจุขวดและใช้ได้ตามต้องการ วันรุ่งขึ้นก็สูญเสียคุณสมบัติไป น้ำบริเวณ Marcial ที่ไหลผ่านหินที่มีฟูลเลอรีนและโครงสร้างคล้ายฟูลเลอรีนจะ "อิ่มตัว" ด้วยโครงสร้างที่หินให้มาเท่านั้น และระหว่างการเก็บรักษา กระจุกที่ให้ชีวิตเหล่านี้จะสลายตัว ฟูลเลอรีนไม่ได้ลงไปในน้ำตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงไม่มีองค์ประกอบที่ก่อตัวเป็นโครงสร้างที่สามารถรักษากลุ่มน้ำที่เป็นระเบียบไว้ได้เป็นเวลานาน และด้วยเหตุนี้ น้ำดังกล่าวจึงได้รับคุณสมบัติของน้ำธรรมดาอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ ไอออนที่มีอยู่ในตัวมันเองยังช่วยจัดเรียงโครงสร้างดั้งเดิมของน้ำใหม่ เพื่อสร้างกลุ่มไฮเดรตของพวกมันเอง

หลังจากที่ได้สารละลายคอลลอยด์ระดับโมเลกุลของฟูลเลอรีนในน้ำแล้ว เราจึงพยายามสร้างแก่นแท้ของน้ำต่อสู้ในห้องปฏิบัติการ แต่การทำเช่นนี้ พวกเขาใช้น้ำบริสุทธิ์สูงและเติมสารละลายฟูลเลอรีนที่เป็นน้ำในปริมาณชีวจิต หลังจากนั้นพวกเขาก็เริ่มทำการทดสอบทางชีววิทยาในแบบจำลองต่างๆ ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าทึ่งมาก ในพยาธิวิทยาเกือบทุกรูปแบบ เราพบผลทางชีวภาพเชิงบวก การทดลองดำเนินไปอย่างต่อเนื่องมานานกว่า 10 ปี จากการทดลองที่ดำเนินการอย่างดี การเปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยาในสิ่งมีชีวิตมักจะพยายามกลับสู่ภาวะปกติเสมอ แต่นี่ไม่ใช่ ผลิตภัณฑ์ยาการกระทำที่เด็ดเดี่ยวและไม่ใช่สารประกอบเคมีแปลกปลอม แต่เป็นเพียงลูกบอลคาร์บอนที่ละลายในน้ำ ยิ่งไปกว่านั้น มีคนรู้สึกว่าฟูลเลอรีนที่มีน้ำมีแนวโน้มที่จะนำไปสู่ ​​" สภาพปกติ“การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดในร่างกาย ต่อโครงสร้างเหล่านั้นที่มันให้กำเนิดเป็นเมทริกซ์ในกระบวนการกำเนิดของชีวิต

ฟูลเลอรีน, บัคกี้บอล, หรือ เจ้ามือรับแทงม้า- สารประกอบโมเลกุลที่อยู่ในประเภทของคาร์บอนในรูปแบบ allotropic และเป็นตัวแทนของโพลีเฮดราปิดนูนที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนที่มีไตรโคออร์ดิเนตจำนวนคู่ ฟุลเลอรีนเป็นหนี้ชื่อวิศวกรและสถาปนิก Richard Buckminster Fuller ซึ่งมีโครงสร้างทางธรณีวิทยาที่ถูกสร้างขึ้นบนหลักการนี้ ในตอนแรก สารประกอบประเภทนี้ถูกจำกัดไว้เฉพาะโครงสร้างที่มีเพียงผิวหน้าห้าเหลี่ยมและหกเหลี่ยมเท่านั้น โปรดทราบว่าสำหรับการมีอยู่ของรูปทรงหลายเหลี่ยมปิดดังกล่าวซึ่งสร้างมาจาก nจุดยอดที่สร้างเฉพาะหน้ารูปห้าเหลี่ยมและรูปหกเหลี่ยม ตามทฤษฎีบทของออยเลอร์สำหรับรูปทรงหลายเหลี่ยมซึ่งระบุถึงความเท่าเทียมกัน - n || อี | - ฉ |= 2 (\displaystyle |n|-|e|+|f|=2) (ที่ไหน- n | - อี |(\displaystyle |n|,|e|)

และ

1 / 2

- ฉ |

(\displaystyle |f|)

ตามลำดับ จำนวนจุดยอด ขอบ และหน้า) เงื่อนไขที่จำเป็นคือการมีหน้าห้าเหลี่ยม 12 หน้าพอดี และ

n / 2 − 10 (\displaystyle n/2-10) ใบหน้าหกเหลี่ยม หากองค์ประกอบของโมเลกุลฟูลเลอรีนนอกเหนือจากอะตอมของคาร์บอนแล้วยังรวมถึงอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ ด้วย ถ้าอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ ตั้งอยู่ภายในกรอบคาร์บอน ฟูลเลอรีนดังกล่าวจะเรียกว่าเอนโดฮีดรัลหากอยู่ภายนอก - เอ็กโซฮีดรัล แต่ในความเป็นจริงกลับตรงกันข้าม ยกตัวอย่างการอภิปรายอย่างเปิดเผยและความก้าวหน้าทางศีลธรรม หลังจากเลิกหนังสือเล่มนี้ ประมาณหนึ่งปีที่แล้ว ฉันได้รับเกียรติให้ร่วมงานกับไคลเนอร์ เพอร์กินส์ และได้รับโอกาสด้วยความช่วยเหลือจากการร่วมลงทุน ในการทำงานด้านนวัตกรรม โดยพยายามค้นหานวัตกรรมที่สามารถใช้เพื่อแก้ไขปัญหาสำคัญๆ ได้ YouTube สารานุกรม, บิล จอย: สิ่งที่ฉันกังวล สิ่งที่ฉันตื่นเต้น , 12 * L"homme qui empoisonna l"Humanité en voulant la sauverแต่เราไม่มีซอฟต์แวร์ที่ดีสำหรับพวกเขา เมื่อเวลาผ่านไปและมีซอฟต์แวร์ที่ดีกว่าออกมาว่าคุณใช้งานมันบนเครื่องอายุ 10 ปีแล้วพูดว่า "พระเจ้า เครื่องนั้นสามารถทำงานได้เร็วขนาดนั้นเหรอ?"ฉันจำได้ว่าเมื่อใดที่อินเทอร์เฟซ Apple Mac กลับมาบน Apple II Apple II ใช้งานได้ดีกับอินเทอร์เฟซนี้ ตอนนั้นเราแค่ไม่รู้ว่าต้องทำอย่างไรจากข้อเท็จจริงที่ว่ากฎของมัวร์ใช้ได้ผลมาเป็นเวลา 40 ปีแล้ว เราสามารถสรุปได้ว่าจะเป็นเช่นนี้ แล้วเราจะรู้ว่าคอมพิวเตอร์จะเป็นอย่างไรในปี 2020 และเราต้องการพัฒนาเมืองตามเส้นทางสีเขียว วัสดุใหม่ที่สามารถสร้างน้ำ วัสดุใหม่ที่ทำให้เซลล์เชื้อเพลิงทำงานได้ดีขึ้น วัสดุใหม่ที่กระตุ้นปฏิกิริยาเคมีที่ช่วยลดมลพิษ เป็นเรื่องดีที่เรามีโครงการริเริ่มเพื่อให้ความรู้และให้ความรู้แก่ผู้คนทั่วโลกเพราะเป็นเช่นนั้นและอื่น ๆ เอทานอล - วิธีใหม่ในการผลิตเอทานอล วิธีใหม่ในการสร้างการขนส่งไฟฟ้าและแน่นอนว่าผลกระทบต่อเศรษฐกิจมีมหาศาล ดังนั้นเราจึงรู้สึกตื่นเต้นมากเพราะเราคิดว่าเราสามารถให้ทุนได้ 10 โครงการหรืออย่างน้อยก็เร่งดำเนินการ 10 โครงการและเห็นโครงการเหล่านั้นออกสู่ตลาดในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าดังนั้นหากเราสามารถใช้เทคโนโลยีเข้ามาช่วยแก้ปัญหาได้ สาขาวิชาการศึกษาว่ามันปลอดภัย

และถ้าคุณใช้แนวคิดเรื่องการประกันภัยในวงกว้างขึ้น คุณจะสามารถใช้กำลังที่ทรงพลังกว่า ซึ่งก็คือพลังของตลาด ในการให้ข้อเสนอแนะ

กฎหมายดังกล่าวสามารถบังคับใช้ได้อย่างไร?

ฉันคิดว่ากฎหมายแบบนี้ควรได้รับการสนับสนุน

เราจำเป็นต้องให้ผู้คนรับผิดชอบ

กฎหมายกำหนดให้ต้องรับผิดชอบ

การก่อตัวของโมเลกุลของคาร์บอนในรูปของไอโคซาฮีดรอนที่ถูกตัดทอนจะมีมวล 720 a เช่น ในโมเลกุลฟูลเลอรีน อะตอมของคาร์บอนจะอยู่ที่จุดยอดของรูปหกเหลี่ยมและห้าเหลี่ยมซึ่งประกอบเป็นพื้นผิวของทรงกลมหรือทรงรี ตัวแทนที่สมมาตรและศึกษาอย่างเต็มที่ที่สุดของตระกูลฟูลเลอรีนคือฟูลเลอรีน (C 60) ซึ่งอะตอมของคาร์บอนก่อตัวเป็นไอโคซาเฮดรอนที่ถูกตัดทอน ซึ่งประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยม 20 รูปและรูปห้าเหลี่ยม 12 รูป และมีลักษณะคล้ายลูกฟุตบอล (เป็นรูปร่างในอุดมคติ หายากมากใน ธรรมชาติ). เนื่องจากอะตอมคาร์บอนแต่ละอะตอมของ C 60 ฟูลเลอรีนเป็นของรูปหกเหลี่ยมสองอันและรูปห้าเหลี่ยมหนึ่งอันพร้อมกัน ดังนั้นอะตอมทั้งหมดใน C 60 จึงเท่ากัน ซึ่งได้รับการยืนยันโดยสเปกตรัมเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) ของไอโซโทป 13 C - มีเพียงอะตอมเดียวเท่านั้น เส้น. อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าพันธบัตร C-C ทั้งหมดจะมีความยาวเท่ากัน พันธะ C=C ซึ่งเป็นด้านร่วมของรูปหกเหลี่ยมสองรูปคือ 1.39 และ การเชื่อมต่อ S-Sทั่วไปกับรูปหกเหลี่ยมและห้าเหลี่ยม มีความยาวมากกว่าและเท่ากับ 1.44 Å นอกจากนี้ พันธะประเภทแรกนั้นเป็นสองเท่า และพันธะประเภทที่สองเป็นพันธะเดี่ยว ซึ่งจำเป็นสำหรับคุณสมบัติทางเคมีของฟูลเลอรีน C60 ในความเป็นจริง การศึกษาคุณสมบัติของฟูลเลอรีนที่ได้รับในปริมาณมากแสดงให้เห็นการกระจายของคุณสมบัติวัตถุประสงค์ (กิจกรรมทางเคมีและการดูดซับ) ออกเป็นไอโซเมอร์ฟูลเลอรีนที่เสถียร 4 ไอโซเมอร์ ซึ่งพิจารณาอย่างอิสระตามเวลาที่แตกต่างกันของการออกจากคอลัมน์ดูดซับของของเหลวที่มีความละเอียดสูง โครมาโตกราฟี ในเวลาเดียวกัน มวลอะตอมไอโซเมอร์ทั้ง 4 มีค่าเท่ากัน - มีมวล 720 a em.

สิ่งที่พบบ่อยที่สุดถัดไปคือฟูลเลอรีน C 70 ซึ่งแตกต่างจากฟูลเลอรีน C 60 โดยการใส่เข็มขัดที่มีอะตอมของคาร์บอน 10 อะตอมลงในบริเวณเส้นศูนย์สูตรของ C 60 ซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุล 34 ถูกยืดออกและมีลักษณะคล้ายลูกรักบี้ในนั้น รูปร่าง.

ที่เรียกว่า ฟูลเลอรีนที่สูงขึ้นซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนจำนวนมาก (มากถึง 400) ก่อตัวขึ้นในปริมาณที่น้อยกว่ามากและมักมีองค์ประกอบไอโซเมอร์ที่ค่อนข้างซับซ้อน ในบรรดาฟูลเลอรีนระดับสูงที่มีการศึกษามากที่สุด เราสามารถเน้นที่ C ได้ n , n=74, 76, 78, 80, 82 และ 84

สังเคราะห์

ฟูลเลอรีนกลุ่มแรกถูกแยกได้จากไอกราไฟท์ควบแน่นที่ได้จากการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ของตัวอย่างกราไฟท์ที่เป็นของแข็ง อันที่จริงสิ่งเหล่านี้เป็นร่องรอยของสสาร ขั้นตอนที่สำคัญต่อไปเกิดขึ้นในปี 1990 โดย W. Kretschmer, Lamb, D. Huffman และคนอื่นๆ ซึ่งเป็นผู้พัฒนาวิธีการผลิตฟูลเลอรีนในปริมาณกรัมโดยการเผาอิเล็กโทรดกราไฟท์ในส่วนโค้งไฟฟ้าในบรรยากาศฮีเลียมที่ความดันต่ำ ในระหว่างการกัดเซาะของขั้วบวก เขม่าที่มีฟูลเลอรีนจำนวนหนึ่งเกาะอยู่บนผนังห้อง เขม่าถูกละลายในเบนซีนหรือโทลูอีน และจากสารละลายที่ได้ ปริมาณกรัมของโมเลกุล C60 และ C70 จะถูกแยกออกมาในรูปแบบบริสุทธิ์ในอัตราส่วน 3:1 และประมาณ 2% ของฟูลเลอรีนที่หนักกว่า ต่อมาเราจัดการเพื่อค้นหา พารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดการระเหยของอิเล็กโทรด (ความดัน องค์ประกอบบรรยากาศ กระแส เส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรด) ซึ่งทำให้ได้ฟูลเลอรีนสูงสุด โดยเฉลี่ย 3-12% ของวัสดุแอโนด ซึ่งท้ายที่สุดจะกำหนดต้นทุนที่สูงของฟูลเลอรีน

ในตอนแรก ความพยายามทั้งหมดของผู้ทดลองในการหาวิธีที่ถูกกว่าและมีประสิทธิผลมากขึ้นในการผลิตฟูลเลอรีนในปริมาณกรัม (การเผาไฮโดรคาร์บอนในเปลวไฟ การสังเคราะห์ทางเคมี ฯลฯ) ไม่ได้นำไปสู่ความสำเร็จ และวิธีการ "อาร์ค" ยังคงมีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับ เป็นเวลานาน (ผลผลิตประมาณ 1 กรัม/ชั่วโมง) . ต่อมามิตซูบิชิก็สามารถก่อตั้งได้ การผลิตภาคอุตสาหกรรมฟูลเลอรีนโดยการเผาไหม้ไฮโดรคาร์บอน แต่ฟูลเลอรีนดังกล่าวมีออกซิเจน ดังนั้นวิธีอาร์กจึงยังคงเป็นวิธีเดียวที่เหมาะสมในการผลิตฟูลเลอรีนบริสุทธิ์

กลไกการก่อตัวของฟูลเลอรีนในส่วนโค้งยังไม่ชัดเจน เนื่องจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในบริเวณการเผาไหม้ส่วนโค้งนั้นไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งทำให้การพิจารณาทางทฤษฎีมีความซับซ้อนอย่างมาก มีเพียงความเป็นไปได้เท่านั้นที่จะพิสูจน์ได้ว่าฟูลเลอรีนนั้นประกอบขึ้นจากอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอม (หรือชิ้นส่วน C 2) สำหรับการพิสูจน์ มีการใช้กราไฟท์ 13 C ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นอิเล็กโทรดแอโนด ส่วนอิเล็กโทรดอีกอันหนึ่งทำจากกราไฟท์ 12 C ธรรมดา หลังจากการสกัดฟูลเลอรีน NMR แสดงให้เห็นว่าอะตอม 12 C และ 13 C ตั้งอยู่แบบสุ่มบนพื้นผิว ของฟูลเลอรีน สิ่งนี้บ่งชี้ถึงการแตกสลายของวัสดุกราไฟท์ออกเป็นอะตอมเดี่ยวๆ หรือชิ้นส่วนระดับอะตอม และต่อมาประกอบกันเป็นโมเลกุลฟูลเลอรีน เหตุการณ์นี้บังคับให้เราละทิ้งภาพการก่อตัวของฟูลเลอรีนอันเป็นผลมาจากการพับชั้นกราไฟท์อะตอมมิกให้เป็นทรงกลมปิด

การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของจำนวนการติดตั้งทั้งหมดสำหรับการผลิตฟูลเลอรีนและการทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงวิธีการทำให้บริสุทธิ์ทำให้ต้นทุน C 60 ลดลงอย่างมากในช่วง 17 ปีที่ผ่านมา - จาก 10,000 เป็น 10-15 ดอลลาร์ต่อกรัม ซึ่งได้นำพาพวกเขาไปสู่การใช้งานทางอุตสาหกรรมอย่างแท้จริง

น่าเสียดายที่แม้จะมีการปรับปรุงวิธี Huffman-Kretschmer (HK) ให้เหมาะสมแล้ว แต่ก็ไม่สามารถเพิ่มผลผลิตของฟูลเลอรีนได้มากกว่า 10-20% ของมวลกราไฟท์ที่ถูกเผาทั้งหมด เนื่องจากผลิตภัณฑ์เริ่มแรก - กราไฟท์มีราคาค่อนข้างสูง วิธีการนี้จึงมีข้อจำกัดพื้นฐาน นักวิจัยหลายคนเชื่อว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะลดต้นทุนของฟูลเลอรีนที่ผลิตโดยวิธีการตกผลึกทางเคมีให้ต่ำกว่าไม่กี่ดอลลาร์ต่อกรัมได้ ดังนั้นความพยายามของกลุ่มวิจัยจำนวนหนึ่งจึงมุ่งเป้าไปที่การค้นหาวิธีการอื่นในการผลิตฟูลเลอรีน ความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในพื้นที่นี้คือ บริษัท มิตซูบิชิซึ่งสามารถสร้างการผลิตทางอุตสาหกรรมของฟูลเลอรีนโดยการเผาไฮโดรคาร์บอนในเปลวไฟ ราคาของฟูลเลอรีนดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ 5 ดอลลาร์/กรัม (พ.ศ. 2548) ซึ่งไม่มีผลกระทบต่อต้นทุนของฟูลเลอรีนอาร์กไฟฟ้าแต่อย่างใด

ควรสังเกตว่าค่าใช้จ่ายสูงของฟูลเลอรีนนั้นไม่ได้ถูกกำหนดโดยพวกเขาเท่านั้น ผลผลิตต่ำเมื่อเผากราไฟท์ แต่ยังประสบปัญหาในการแยก การทำให้บริสุทธิ์ และการแยกฟูลเลอรีนของมวลต่างๆ ออกจากคาร์บอนแบล็ค วิธีการปกติมีดังนี้: เขม่าที่ได้จากการเผาไหม้กราไฟท์ผสมกับโทลูอีนหรือตัวทำละลายอินทรีย์อื่น (สามารถละลายฟูลเลอรีนได้อย่างมีประสิทธิภาพ) จากนั้นส่วนผสมจะถูกกรองหรือปั่นแยก และสารละลายที่เหลือจะถูกระเหย หลังจากกำจัดตัวทำละลายออกแล้ว จะยังมีตะกอนผลึกละเอียดสีเข้มหลงเหลืออยู่ ซึ่งเป็นส่วนผสมของฟูลเลอรีน ซึ่งมักเรียกว่าฟูลเลอไรต์ องค์ประกอบของฟูลเลอไรต์ประกอบด้วยการก่อตัวของผลึกต่างๆ: ผลึกขนาดเล็กของโมเลกุล C 60 และ C 70 และผลึก C 60 / C 70 ซึ่งเป็นสารละลายที่เป็นของแข็ง นอกจากนี้ ฟูลเลอไรต์ยังประกอบด้วยฟูลเลอรีนที่สูงกว่าจำนวนเล็กน้อยเสมอ (มากถึง 3%) การแยกส่วนผสมของฟูลเลอรีนออกเป็นเศษส่วนโมเลกุลแต่ละส่วนนั้นดำเนินการโดยใช้โครมาโตกราฟีของเหลวบนคอลัมน์และโครมาโตกราฟีของเหลว แรงดันสูง(เอชพีแอลซี). อย่างหลังใช้สำหรับการวิเคราะห์ความบริสุทธิ์ของฟูลเลอรีนที่แยกได้เป็นหลัก เนื่องจากความไวในการวิเคราะห์ของวิธี HPLC นั้นสูงมาก (สูงถึง 0.01%) ขั้นตอนสุดท้ายคือการกำจัดตัวทำละลายที่ตกค้างออกจากตัวอย่างฟูลเลอรีนที่เป็นของแข็ง ดำเนินการโดยการเก็บตัวอย่างไว้ที่อุณหภูมิ 150-250 °C ภายใต้สภาวะสุญญากาศแบบไดนามิก (ประมาณ 0.1 ทอร์)

คุณสมบัติทางกายภาพและมูลค่าการใช้งาน

ฟูลเลอไรท์

ระบบควบแน่นประกอบด้วยโมเลกุลฟูลเลอรีน เรียกว่า ฟูลเลอไรต์ ระบบคริสตัลไลน์ที่มีการศึกษามากที่สุดคือคริสตัล C 60 ส่วนระบบคริสตัลไลน์ C 70 ก็มีการศึกษาน้อยกว่า การศึกษาผลึกของฟูลเลอรีนที่สูงกว่านั้นถูกขัดขวางโดยความซับซ้อนในการเตรียม

อะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลฟูลเลอรีนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะ σ- และ π ในขณะที่ไม่มีพันธะเคมี (ในความหมายปกติของคำนี้) ระหว่างโมเลกุลฟูลเลอรีนแต่ละตัวในคริสตัล ดังนั้น ในระบบควบแน่น โมเลกุลแต่ละตัวจะคงความเป็นตัวของตัวเองไว้ (ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อพิจารณาถึงโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของคริสตัล) โมเลกุลถูกกักไว้ในผลึกโดยแรงแวน เดอร์ วาลส์ ซึ่งส่วนใหญ่จะกำหนดคุณสมบัติมหภาคของ C60 ที่เป็นของแข็ง

ที่อุณหภูมิห้อง คริสตัล C 60 มีโครงตาข่ายลูกบาศก์ (fcc) อยู่ตรงกลางหน้าโดยมีค่าคงที่ของโครงตาข่ายที่ 1.415 นาโนเมตร แต่เมื่ออุณหภูมิลดลง การเปลี่ยนเฟสลำดับที่หนึ่งจะเกิดขึ้น (Tcr γ 260) และคริสตัล C 60 เปลี่ยนไป โครงสร้างเป็นลูกบาศก์หนึ่งอย่างง่าย (ค่าคงที่ของโครงตาข่าย 1.411 นาโนเมตร) ที่อุณหภูมิ T > Tcr โมเลกุล C60 จะหมุนอย่างวุ่นวายรอบจุดศูนย์กลางสมดุล และเมื่อมันลดลงถึงอุณหภูมิวิกฤต แกนหมุนทั้งสองแกนจะถูกแช่แข็ง การแช่แข็งของการหมุนโดยสมบูรณ์เกิดขึ้นที่ 165 K โครงสร้างผลึกของ C 70 ที่อุณหภูมิตามลำดับอุณหภูมิห้องได้รับการศึกษาอย่างละเอียดในงาน จากผลงานชิ้นนี้ ผลึกประเภทนี้มีโครงตาข่ายที่มีลำตัวเป็นศูนย์กลาง (bcc) โดยมีส่วนผสมของเฟสหกเหลี่ยมเล็กน้อย

คุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้น

การวิเคราะห์โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของฟูลเลอรีนแสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของระบบπ-อิเล็กตรอนซึ่งมีค่าความไวไม่เชิงเส้นจำนวนมาก ฟูลเลอรีนมีคุณสมบัติทางแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นจริงๆ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโมเลกุล C 60 มีความสมมาตรสูง การสร้างฮาร์โมนิคตัวที่สองจึงเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการนำความไม่สมมาตรเข้าสู่ระบบเท่านั้น (เช่น โดยสนามไฟฟ้าภายนอก) จากมุมมองในทางปฏิบัติ ความเร็วของการทำงานที่สูง (~250 ps) ซึ่งเป็นตัวกำหนดการปราบปรามของการสร้างฮาร์มอนิกที่สองนั้นน่าสนใจ นอกจากนี้ ฟูลเลอรีน C 60 ยังสามารถสร้างฮาร์มอนิกตัวที่สามได้

อีกพื้นที่ที่น่าใช้งานสำหรับฟูลเลอรีนและประการแรก C 60 คือบานประตูหน้าต่างแบบออปติคอล การทดลองแสดงให้เห็นความเป็นไปได้ในการใช้วัสดุนี้ที่ความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร เวลาตอบสนองที่สั้นทำให้สามารถใช้ฟูลเลอรีนเป็นตัวจำกัดการแผ่รังสีเลเซอร์และสวิตช์ Q ได้ อย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลหลายประการ ฟูลเลอรีนพบว่าเป็นการยากที่จะแข่งขันกับวัสดุแบบดั้งเดิมที่นี่ ค่าใช้จ่ายสูง ความยากในการกระจายฟูลเลอรีนในแก้ว ความสามารถในการออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศ ห่างไกลจากค่าสัมประสิทธิ์ความไวไม่เชิงเส้นที่บันทึกไว้ และเกณฑ์ที่สูงในการจำกัดรังสีทางแสง (ไม่เหมาะสำหรับการป้องกันดวงตา) ทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงในการต่อสู้กับวัสดุที่แข่งขันกัน

กลศาสตร์ควอนตัมและฟูลเลอรีน

ฟูลเลอรีนไฮเดรต (HyFn); (C 60 (H 2 O)n)

ไฮเดรตฟูลเลอรีน C 60 - C 60 HyFn เป็นสารเชิงซ้อนซูปราโมเลคูลาร์ที่แข็งแกร่งและชอบน้ำ ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลฟูลเลอรีน C 60 ที่ห่อหุ้มอยู่ในเปลือกไฮเดรชั่นชั้นแรกซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของน้ำ 24 โมเลกุล: C 60 @(H 2 O) 24 เปลือกไฮเดรชั่นเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างผู้บริจาคกับตัวรับของอิเล็กตรอนออกซิเจนคู่เดียวของโมเลกุลน้ำกับตัวรับอิเล็กตรอนที่อยู่ตรงกลางบนพื้นผิวของฟูลเลอรีน ในเวลาเดียวกัน โมเลกุลของน้ำที่อยู่ใกล้กับพื้นผิวฟูลเลอรีนจะเชื่อมต่อกันด้วยโครงข่ายพันธะไฮโดรเจนสามมิติ ขนาดของ C 60 HyFn ตรงกับ 1.6-1.8 นาโนเมตร ปัจจุบันความเข้มข้นสูงสุดของ C60 ในรูปของ C60 HyFn ที่สร้างขึ้นในน้ำจะเท่ากับ 4 มก./มล. - ตรวจสอบลิงค์] รูปถ่ายของสารละลายที่เป็นน้ำของ C 60 HyFn ที่มีความเข้มข้น C 60 เป็น 0.22 มก./มล. ทางด้านขวา

ฟูลเลอรีนเป็นวัสดุสำหรับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์

ผลึกโมเลกุลของฟูลเลอรีนเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างของแถบประมาณ ~1.5 eV และคุณสมบัติของมันมีความคล้ายคลึงกับคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำอื่นๆ หลายประการ ดังนั้น การศึกษาจำนวนหนึ่งจึงเกี่ยวข้องกับการใช้ฟูลเลอรีนเป็นวัสดุใหม่สำหรับการใช้งานแบบดั้งเดิมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ตาแมว ฯลฯ ในที่นี้ ข้อดีของพวกมันเหนือซิลิคอนแบบดั้งเดิมคือเวลาตอบสนองแสงที่สั้น (หน่วย ns) อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบที่สำคัญคือผลกระทบของออกซิเจนต่อการนำไฟฟ้าของฟิล์มฟูลเลอรีน และด้วยเหตุนี้ ความต้องการการเคลือบป้องกันจึงเกิดขึ้น ในแง่นี้ มีแนวโน้มที่จะใช้โมเลกุลฟูลเลอรีนเป็นอุปกรณ์ขนาดนาโนอิสระ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นองค์ประกอบขยายสัญญาณ

ฟูลเลอรีนเป็นสารต้านทานแสง

ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้ (> 2 eV) รังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า ฟูลเลอรีนจะเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์และในรูปแบบนี้จะไม่ละลายโดยตัวทำละลายอินทรีย์ เพื่อแสดงให้เห็นการใช้โฟโตรีซิสต์แบบฟูลเลอรีน เราสามารถยกตัวอย่างการรับความละเอียดระดับซับไมครอน (ประมาณ 20 นาโนเมตร) เมื่อแกะสลักซิลิคอนด้วยลำอิเล็กตรอนโดยใช้หน้ากากที่ทำจากฟิล์ม C 60 ที่ถูกทำให้เป็นโพลีเมอร์

สารเติมแต่งฟูลเลอรีนสำหรับการเจริญเติบโตของฟิล์มเพชรโดย CVD

อีกหนึ่งโอกาสที่น่าสนใจ การประยุกต์ใช้จริงคือการใช้สารเติมแต่งฟูลเลอรีนในการเจริญเติบโตของฟิล์มเพชรโดยใช้วิธี CVD (Chemical Vapour Deposition) การนำฟูลเลอรีนเข้าสู่เฟสก๊าซมีประสิทธิภาพจากสองมุมมอง: การเพิ่มอัตราการก่อตัวของแกนเพชรบนซับสเตรต และการส่งส่วนประกอบจากเฟสแก๊สไปยังซับสเตรต โครงสร้างเป็นชิ้นส่วน C2 ซึ่งกลายเป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการเติบโตของฟิล์มเพชร จากการทดลองแสดงให้เห็นว่าอัตราการเติบโตของฟิล์มเพชรสูงถึง 0.6 µm/h ซึ่งสูงกว่าการไม่ใช้ฟูลเลอรีนถึง 5 เท่า สำหรับการแข่งขันที่แท้จริงระหว่างเพชรและเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องพัฒนาวิธีการสำหรับเฮเทอโรอีพิแทกซีของฟิล์มเพชร แต่การเติบโตของฟิล์มผลึกเดี่ยวบนพื้นผิวที่ไม่ใช่เพชรยังคงเป็นปัญหาที่แก้ไขไม่ได้ วิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ในการแก้ปัญหานี้คือการใช้ชั้นบัฟเฟอร์ฟูลเลอรีนระหว่างซับสเตรตและฟิล์มเพชร ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการวิจัยในทิศทางนี้คือการยึดเกาะที่ดีของฟูลเลอรีนกับวัสดุส่วนใหญ่ ข้อกำหนดข้างต้นมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งกับการวิจัยอย่างเข้มข้นเกี่ยวกับเพชรเพื่อใช้ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์รุ่นต่อไป ประสิทธิภาพสูง (ความเร็วดริฟท์อิ่มตัวสูง); ค่าการนำความร้อนและความต้านทานต่อสารเคมีสูงสุดเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่นๆ ที่รู้จัก ทำให้เพชรเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เจเนอเรชั่นถัดไป

สารประกอบตัวนำยิ่งยวดที่มี C 60

ผลึกโมเลกุลของฟูลเลอรีนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ แต่ในต้นปี 2534 พบว่าการเติม C60 ที่เป็นของแข็งด้วยโลหะอัลคาไลจำนวนเล็กน้อยทำให้เกิดการก่อตัวของวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าของโลหะซึ่งที่อุณหภูมิต่ำจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด การผสมกับ C 60 ทำได้โดยการบำบัดผลึกด้วยไอโลหะที่อุณหภูมิหลายร้อยองศาเซลเซียส ในกรณีนี้จะมีการสร้างโครงสร้างของประเภท X 3 C 60 (X คืออะตอมของโลหะอัลคาไล) โลหะชนิดแรกที่จะทำการอินเทอร์คาเลทคือโพแทสเซียม การเปลี่ยนของสารประกอบ K 3 C 60 ไปเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 19 K นี่เป็นค่าบันทึกสำหรับตัวนำยิ่งยวดระดับโมเลกุล ไม่นานนักก็พบว่าฟูลเลอไรต์จำนวนมากเจือด้วยอะตอมของโลหะอัลคาไลในอัตราส่วน X 3 C 60 หรือ XY 2 C 60 (X,Y เป็นอะตอมของโลหะอัลคาไล) จะมีสภาพนำยิ่งยวด เจ้าของสถิติในหมู่ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTSC) ประเภทเหล่านี้คือ RbCs 2 C 60 - Tcr = 33 K

อิทธิพลของการเติมฟูลเลอรีนคาร์บอนแบล็คเล็กน้อยต่อคุณสมบัติต้านการเสียดสีและต้านทานการสึกหรอของ PTFE

ควรสังเกตว่าการมีฟูลเลอรีน C 60 ในน้ำมันหล่อลื่นแร่จะเริ่มต้นการก่อตัวของฟิล์มฟูลเลอรีนโพลีเมอร์ป้องกันที่มีความหนา 100 นาโนเมตรบนพื้นผิวของตัวเคาน์เตอร์ ฟิล์มที่ขึ้นรูปจะป้องกันการถูกทำลายจากความร้อนและออกซิเดชั่น เพิ่มอายุการใช้งานของหน่วยแรงเสียดทานในสถานการณ์ฉุกเฉิน 3-8 เท่า ความคงตัวทางความร้อนของน้ำมันหล่อลื่นสูงถึง 400-500 °C และ ความจุแบริ่งหน่วยเสียดทาน 2-3 เท่า ขยายช่วงแรงดันในการทำงานของหน่วยเสียดทาน 1.5-2 เท่า ลดเวลารันอินของตัวนับ

แอปพลิเคชั่นอื่น ๆ

การใช้งานที่น่าสนใจอื่นๆ ได้แก่ แบตเตอรี่และแบตเตอรี่ไฟฟ้า ซึ่งใช้สารเติมแต่งฟูลเลอรีนไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง พื้นฐานของแบตเตอรี่เหล่านี้คือลิเธียมแคโทดที่มีฟูลเลอรีนแบบอินเทอร์คาเลต ฟูลเลอรีนยังสามารถใช้เป็นสารเติมแต่งในการผลิตเพชรเทียมโดยใช้วิธีแรงดันสูง ในกรณีนี้ ผลผลิตเพชรจะเพิ่มขึ้น 3030%

นอกจากนี้ ฟูลเลอรีนยังพบการใช้งานเป็นสารเติมแต่งในสีทนไฟ (intumescent) เนื่องจากการแนะนำของฟูลเลอรีนสีจะพองตัวภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิระหว่างเกิดเพลิงไหม้ทำให้เกิดชั้นโฟมโค้กที่มีความหนาแน่นพอสมควรซึ่งหลายครั้งจะเพิ่มเวลาในการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิวิกฤตของโครงสร้างที่ได้รับการป้องกัน

นอกจากนี้ ฟูลเลอรีนและอนุพันธ์ทางเคมีต่างๆ ยังถูกนำมาใช้ร่วมกับโพลีเมอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบโพลีคอนจูเกตสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์

คุณสมบัติทางเคมี

ฟูลเลอรีนแม้จะไม่มีอะตอมไฮโดรเจนที่สามารถทดแทนได้เช่นเดียวกับในกรณีของสารประกอบอะโรมาติกทั่วไป แต่ก็ยังสามารถทำงานได้ด้วยวิธีทางเคมีต่างๆ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาต่างๆ เช่น ปฏิกิริยา Diels-Alder, ปฏิกิริยา Prato และปฏิกิริยา Bingel ได้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการกำหนดฟังก์ชันของฟูลเลอรีน ฟูลเลอรีนยังสามารถเติมไฮโดรเจนเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ตั้งแต่ C 60 H 2 ถึง C 60 H 50

ความสำคัญทางการแพทย์

สารต้านอนุมูลอิสระ

ฟูลเลอรีนเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่ทรงพลังที่สุดที่รู้จักกันในปัจจุบัน โดยเฉลี่ยแล้วจะเกินกว่าผลของสารต้านอนุมูลอิสระที่เคยรู้จักทั้งหมดถึง 100-1,000 เท่า สันนิษฐานว่าด้วยเหตุนี้จึงสามารถยืดเยื้อได้อย่างมีนัยสำคัญ ระยะเวลาเฉลี่ยชีวิตของหนู

การค้นพบฟูลเลอรีน - แบบฟอร์มใหม่การมีอยู่ขององค์ประกอบที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่งบนโลก - คาร์บอน ได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งและสำคัญที่สุดแห่งศตวรรษที่ 20 แม้ว่าอะตอมของคาร์บอนจะมีความสามารถเฉพาะตัวที่รู้จักกันมายาวนานในการเกาะติดกันเป็นโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน มักจะแตกแขนงและมีขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นพื้นฐานของเคมีอินทรีย์ทั้งหมด ความเป็นไปได้ที่แท้จริงในการสร้างโมเลกุลกรอบที่เสถียรจากคาร์บอนเพียงตัวเดียวก็ยังคงเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึง การยืนยันเชิงทดลองว่าโมเลกุลประเภทนี้ซึ่งประกอบด้วยอะตอม 60 อะตอมขึ้นไปสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในธรรมชาติเกิดขึ้นในปี 1985 และก่อนหน้านั้นผู้เขียนบางคนสันนิษฐานถึงความเสถียรของโมเลกุลด้วยทรงกลมคาร์บอนปิด อย่างไรก็ตาม สมมติฐานเหล่านี้เป็นการเก็งกำไรและเป็นทฤษฎีล้วนๆ เป็นเรื่องยากมากที่จะจินตนาการว่าสารประกอบดังกล่าวสามารถได้รับจากการสังเคราะห์ทางเคมี ดังนั้นงานเหล่านี้จึงไม่มีใครสังเกตเห็น และให้ความสนใจเฉพาะเมื่อมองย้อนกลับไปเท่านั้น หลังจากการค้นพบการทดลองฟูลเลอรีน ขั้นใหม่เริ่มต้นขึ้นในปี 1990 เมื่อพบวิธีการเพื่อให้ได้สารประกอบใหม่ในปริมาณกรัม และมีการอธิบายวิธีการแยกฟูลเลอรีนในรูปแบบบริสุทธิ์ ไม่นานหลังจากนั้น คุณลักษณะทางโครงสร้างและเคมีกายภาพที่สำคัญที่สุดของฟูลเลอรีน C 60 ซึ่งเป็นสารประกอบที่เกิดขึ้นได้ง่ายที่สุดในบรรดาฟูลเลอรีนที่รู้จักก็ได้รับการพิจารณา สำหรับการค้นพบ - การค้นพบกระจุกคาร์บอนที่มีองค์ประกอบ C 60 และ C 70 - R. Curl, R. Smalley และ G. Croto ได้รับรางวัลในปี 1996 รางวัลโนเบลในวิชาเคมี พวกเขายังเสนอโครงสร้างของฟูลเลอรีน C 60 ซึ่งแฟนฟุตบอลทุกคนรู้จัก

ดังที่คุณทราบ เปลือกของลูกฟุตบอลประกอบด้วยห้าเหลี่ยม 12 รูป และรูปหกเหลี่ยม 20 รูป ตามทฤษฎีแล้ว สามารถจัดเรียงพันธะคู่และพันธะเดี่ยวได้ 12,500 ครั้ง ไอโซเมอร์ที่เสถียรที่สุด (แสดงในรูป) มีโครงสร้างไอโคซาฮีดรัลที่ถูกตัดทอนโดยไม่มีพันธะคู่ในรูปห้าเหลี่ยม ไอโซเมอร์ของ C 60 นี้ได้รับการตั้งชื่อว่า "Buckminsterfullerene" เพื่อเป็นเกียรติแก่สถาปนิกชื่อดัง R. Buckminster Fuller ซึ่งเป็นผู้สร้างโครงสร้างที่มีโครงทรงโดมสร้างจากรูปห้าเหลี่ยมและรูปหกเหลี่ยม ไม่นานก็มีการเสนอโครงสร้างที่คล้ายกับลูกรักบี้ (มีรูปร่างยาว) สำหรับ C 70

ในกรอบคาร์บอน อะตอม C มีลักษณะพิเศษคือการผสมพันธุ์ sp 2 โดยอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมจะเกาะติดกับอะตอมข้างเคียงสามอะตอม วาเลนซี 4 รับรู้ได้จากพันธะ p ระหว่างอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมกับเพื่อนบ้านตัวใดตัวหนึ่ง โดยธรรมชาติแล้ว สันนิษฐานว่าพันธะ p สามารถแยกส่วนได้ เช่นเดียวกับในสารประกอบอะโรมาติก โครงสร้างดังกล่าวสามารถสร้างด้วย n≥20 สำหรับคลัสเตอร์คู่ใดๆ ควรประกอบด้วยรูปห้าเหลี่ยม 12 รูป และ (n-20)/รูปหกเหลี่ยม 2 รูป ฟูลเลอรีนที่ต่ำที่สุดที่เป็นไปได้ตามทฤษฎีคือ C 20 ไม่มีอะไรมากไปกว่ารูปทรงสิบสองหน้า ซึ่งเป็นหนึ่งในห้ารูปทรงหลายเหลี่ยมปกติ ซึ่งมีหน้าห้าเหลี่ยม 12 หน้า และไม่มีหน้าหกเหลี่ยมเลย โมเลกุลที่มีรูปร่างนี้จะมีโครงสร้างที่รับแรงกดอย่างมาก ดังนั้นการดำรงอยู่ของมันจึงไม่เอื้ออำนวยในทางพลังงาน

ดังนั้นจากมุมมองของความมั่นคง ฟูลเลอรีนสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท ขอบเขตระหว่างพวกเขาสามารถวาดโดยสิ่งที่เรียกว่า กฎเพนตากอนที่แยกออกมา (IPR) กฎข้อนี้ระบุว่าฟูลเลอรีนที่เสถียรที่สุดคือรูปห้าเหลี่ยมคู่ที่ไม่มีขอบที่อยู่ติดกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง รูปห้าเหลี่ยมไม่ได้สัมผัสกัน และแต่ละรูปห้าเหลี่ยมล้อมรอบด้วยรูปหกเหลี่ยมห้าเหลี่ยม หากเราจัดเรียงฟูลเลอรีนตามลำดับจำนวนอะตอมของคาร์บอนที่เพิ่มขึ้น n ดังนั้น Buckminsterfullerene - C 60 จะเป็นตัวแทนแรกที่ตรงตามกฎของรูปห้าเหลี่ยมที่แยกได้และ C 70 คือตัวที่สอง ในบรรดาโมเลกุลฟูลเลอรีนที่มี n>70 จะมีไอโซเมอร์ตัวหนึ่งที่เป็นไปตาม IPR เสมอ และจำนวนของไอโซเมอร์ดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามจำนวนอะตอม พบ 5 ไอโซเมอร์สำหรับ C 78, 24 สำหรับ C 84 และ 40 สำหรับ C 90 ไอโซเมอร์ที่มีรูปห้าเหลี่ยมติดกันในโครงสร้างจะมีความเสถียรน้อยกว่ามาก

เคมีของฟูลเลอรีน

ปัจจุบันการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับเคมีของฟูลเลอรีน สารประกอบใหม่มากกว่า 3,000 ชนิดได้ถูกสังเคราะห์ขึ้นจากฟูลเลอรีนแล้ว การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเคมีฟูลเลอรีนนั้นสัมพันธ์กับคุณสมบัติโครงสร้างของโมเลกุลนี้และการมีอยู่ จำนวนมากพันธะคอนจูเกตคู่บนทรงกลมคาร์บอนปิด การรวมกันของฟูลเลอรีนกับตัวแทนของสารหลายประเภทที่รู้จักได้เปิดโอกาสให้นักเคมีสังเคราะห์ได้รับอนุพันธ์จำนวนมากของสารประกอบนี้

ต่างจากน้ำมันเบนซินตรงที่ ความยาว C-Cพันธะจะเหมือนกัน ในพันธะฟูลเลอรีนสามารถแยกแยะพันธะที่มีลักษณะ "สองเท่า" มากกว่าและ "เดี่ยว" มากกว่าได้ และนักเคมีมักถือว่าฟูลเลอรีนเป็นระบบโพลีอีนที่ขาดอิเล็กตรอน และไม่ใช่โมเลกุลอะโรมาติก หากเราเปลี่ยนไปใช้ C60 จะมีพันธะสองประเภท: พันธะที่สั้นกว่า (1.39 Å) ที่วางไปตามขอบทั่วไปของหน้าหกเหลี่ยมที่อยู่ติดกัน และพันธะที่ยาวกว่า (1.45 Å) ซึ่งตั้งอยู่ตามขอบร่วมของหน้ารูปห้าเหลี่ยมและหน้าหกเหลี่ยม ยิ่งกว่านั้น ทั้งวงแหวนที่มีสมาชิกหกสมาชิกหรือโดยเฉพาะอย่างยิ่ง วงแหวนที่มีสมาชิกห้าสมาชิกไม่แสดงคุณสมบัติอะโรมาติกในแง่ที่เบนซีนหรือโมเลกุลคอนจูเกตในระนาบอื่นๆ ที่เป็นไปตามกฎของฮุคเคลแสดงคุณสมบัติเหล่านั้น ดังนั้นพันธบัตรที่สั้นกว่าใน C 60 มักจะถือว่าเป็นสองเท่า ในขณะที่พันธบัตรที่ยาวกว่าจะถือว่าเป็นพันธบัตรเดี่ยว หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของฟูลเลอรีนคือการมีศูนย์ปฏิกิริยาที่เทียบเท่ากันจำนวนมากผิดปกติ ซึ่งมักจะนำไปสู่องค์ประกอบไอโซเมอร์ที่ซับซ้อนของผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับพวกมัน เป็นผลให้ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่กับฟูลเลอรีนไม่สามารถเลือกได้ และการสังเคราะห์สารประกอบแต่ละชนิดอาจทำได้ยากมาก

ในบรรดาปฏิกิริยาสำหรับการผลิตอนุพันธ์ฟูลเลอรีนอนินทรีย์ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือกระบวนการฮาโลเจนและการเตรียมอนุพันธ์ของฮาโลเจนที่ง่ายที่สุด รวมถึงปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน ดังนั้นปฏิกิริยาเหล่านี้จึงเป็นหนึ่งในปฏิกิริยาแรกๆ ที่เกิดขึ้นกับฟูลเลอรีน C 60 ในปี 1991 ให้เราพิจารณาประเภทหลักของปฏิกิริยาที่นำไปสู่การก่อตัวของสารประกอบเหล่านี้

ทันทีหลังจากการค้นพบฟูลเลอรีน ความเป็นไปได้ที่จะเกิดไฮโดรจิเนชันของพวกมันจะก่อตัวเป็น "ฟูลเลอเรน" กระตุ้นความสนใจอย่างมาก ในตอนแรก ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ที่จะเติมไฮโดรเจนหกสิบอะตอมเข้าไปในฟูลเลอรีน ต่อมาใน งานทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าในโมเลกุล C 60 H 60 อะตอมไฮโดรเจนบางส่วนควรอยู่ภายในทรงกลมฟูลเลอรีน เนื่องจากวงแหวนที่มีสมาชิก 6 ชิ้น เช่น โมเลกุลไซโคลเฮกเซน ควรใช้โครงสร้าง "เก้าอี้" หรือ "อ่างอาบน้ำ" ดังนั้น โมเลกุลโพลีไฮโดรฟูลเลอรีนที่รู้จักกันในปัจจุบันประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจน 2 ถึง 36 อะตอมสำหรับ C 60 ฟูลเลอรีน และ 2 ถึง 8 อะตอมสำหรับ C 70 ฟูลเลอรีน

ในระหว่างการฟลูออไรด์ของฟูลเลอรีนชุดสารประกอบ C 60 F n ถูกค้นพบโดยที่ n รับค่าได้มากถึง 60 อนุพันธ์ของฟลูออริเนตที่มี n ตั้งแต่ 50 ถึง 60 เรียกว่าเพอร์ฟลูออไรด์และพบได้ในผลิตภัณฑ์ฟลูออริเนชันโดยแมสสเปกโทรสโกปี ในความเข้มข้นที่ต่ำมาก นอกจากนี้ยังมีไฮเปอร์ฟลูออไรด์นั่นคือผลิตภัณฑ์ขององค์ประกอบ C 60 F n, n>60 โดยที่เฟรมคาร์บอนของฟูลเลอรีนถูกทำลายบางส่วน สันนิษฐานว่าสิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นในเพอร์ฟลูออไรด์ ปัญหาของการสังเคราะห์ฟูลเลอรีนฟลูออไรด์ขององค์ประกอบต่างๆ เป็นปัญหาอิสระและน่าสนใจ การศึกษาที่ดำเนินการอย่างแข็งขันมากที่สุดในคณะเคมีของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก เอ็มวี โลโมโนซอฟ

การศึกษาเชิงรุกเกี่ยวกับกระบวนการคลอรีนของฟูลเลอรีนภายใต้สภาวะต่างๆ เริ่มขึ้นแล้วในปี 1991 ในผลงานชิ้นแรก ผู้เขียนพยายามหาคลอไรด์ C60 โดยทำปฏิกิริยากับคลอรีนและฟูลเลอรีนในตัวทำละลายต่างๆ จนถึงปัจจุบัน มีการแยกและกำหนดลักษณะคลอไรด์ของฟูลเลอรีน C 60 และ C 70 หลายตัวที่ได้จากการใช้สารคลอรีนหลายชนิด

ความพยายามครั้งแรกในการทำให้โบรมิเนตฟูลเลอรีนเกิดขึ้นแล้วในปี 1991 ฟูลเลอรีน C60 ใส่ในโบรมีนบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิ 20 และ 50 O C ทำให้มวลเพิ่มขึ้นตามปริมาณที่สอดคล้องกับการเติมโบรมีน 2-4 อะตอมต่อโมเลกุลฟูลเลอรีน การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับโบรมีนแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาของฟูลเลอรีน C 60 กับโบรมีนโมเลกุลเป็นเวลาหลายวันทำให้เกิดสารสีส้มสดใสซึ่งองค์ประกอบถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์องค์ประกอบเป็น C 60 Br 28 ต่อจากนั้นมีการสังเคราะห์อนุพันธ์ของโบรมีนของฟูลเลอรีนหลายตัวซึ่งแตกต่างกันในค่าที่หลากหลายสำหรับจำนวนอะตอมโบรมีนในโมเลกุล หลายอย่างมีลักษณะเฉพาะคือการก่อตัวของคลาเทรตโดยมีโมเลกุลโบรมีนอิสระรวมอยู่ด้วย

ความสนใจในอนุพันธ์ของเพอร์ฟลูออโรอัลคิล โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุพันธ์ไตรฟลูออโรเมทิลเลตของฟูลเลอรีน ประการแรกมีความเกี่ยวข้องกับความเสถียรทางจลน์ที่คาดหวังของสารประกอบเหล่านี้ เมื่อเปรียบเทียบกับอนุพันธ์ของฮาโลเจนของฟูลเลอรีนที่มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาทดแทนนิวคลีโอฟิล S N 2' นอกจากนี้ เพอร์ฟลูออโรอัลคิลฟูลเลอรีนอาจเป็นที่สนใจในฐานะสารประกอบที่มีความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนสูง เนื่องจากคุณสมบัติตัวรับของหมู่เพอร์ฟลูออโรอัลคิลที่แข็งแกร่งกว่าอะตอมของฟลูออรีนด้วยซ้ำ จนถึงปัจจุบัน จำนวนสารประกอบแต่ละชนิดที่แยกได้และมีลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบ C 60/70 (CF 3) n, n=2-20 เกิน 30 และกำลังดำเนินการอย่างเข้มข้นเพื่อปรับเปลี่ยนทรงกลมฟูลเลอรีนกับกลุ่มที่ประกอบด้วยฟลูออรีนอื่น ๆ อีกมากมาย - CF 2, C 2 F 5, C 3 F 7 .

การสร้างอนุพันธ์ฟูลเลอรีนที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในด้านชีววิทยาและการแพทย์ได้ มีความเกี่ยวข้องกับการให้คุณสมบัติที่ชอบน้ำแก่โมเลกุลฟูลเลอรีน วิธีหนึ่งในการสังเคราะห์อนุพันธ์ของฟูลเลอรีนที่ชอบน้ำคือการแนะนำหมู่ไฮดรอกซิลและการก่อตัวของฟูลเลอเรนอลหรือฟูลเลอรอลที่มีหมู่ OH มากถึง 26 หมู่ รวมถึงสะพานออกซิเจนที่คล้ายกับที่พบในกรณีของออกไซด์ สารประกอบดังกล่าวละลายน้ำได้สูงและสามารถนำไปใช้ในการสังเคราะห์อนุพันธ์ฟูลเลอรีนใหม่ได้

สำหรับฟูลเลอรีนออกไซด์ สารประกอบ C 60 O และ C 70 O มักปรากฏอยู่ในส่วนผสมดั้งเดิมของฟูลเลอรีนในสารสกัดในปริมาณเล็กน้อย อาจเป็นไปได้ว่ามีออกซิเจนอยู่ในห้องเพาะเลี้ยงระหว่างการปล่อยอาร์คด้วยไฟฟ้า และฟูลเลอรีนบางส่วนถูกออกซิไดซ์ ฟูลเลอรีนออกไซด์จะถูกแยกออกจากกันอย่างดีบนคอลัมน์ที่มีตัวดูดซับหลายชนิด ซึ่งทำให้สามารถควบคุมความบริสุทธิ์ของตัวอย่างฟูลเลอรีน และการไม่มีหรือมีออกไซด์อยู่ในนั้นได้ อย่างไรก็ตาม ฟูลเลอรีนออกไซด์ที่มีความเสถียรต่ำจะขัดขวางการศึกษาอย่างเป็นระบบ

สิ่งที่สังเกตได้เกี่ยวกับเคมีอินทรีย์ของฟูลเลอรีนก็คือ เนื่องจากฟูลเลอรีน C60 เป็นโพลีอีนที่ขาดอิเล็กตรอน จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาที่รุนแรง นิวคลีโอฟิลิก และปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชัน ปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชันต่างๆ มีแนวโน้มที่ดีเป็นพิเศษในแง่ของการทำงานของทรงกลมฟูลเลอรีน เนื่องจากลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์ C60 จึงสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเติมไซโคลโหลดได้ กรณีทั่วไปส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นเมื่อ n = 1, 2, 3 และ 4

ปัญหาหลักที่แก้ไขได้โดยนักเคมีสังเคราะห์ที่ทำงานในด้านการสังเคราะห์อนุพันธ์ฟูลเลอรีนจนถึงทุกวันนี้ยังคงเป็นการเลือกสรรของปฏิกิริยาที่ดำเนินการ ลักษณะเฉพาะของสเตอริโอเคมีของการเติมฟูลเลอรีนประกอบด้วยไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น สารประกอบ C 60 X 2 มี 23 ตัว ในขณะที่ C 60 X 4 มี 4368 อยู่แล้ว ในจำนวนนี้มี 8 ตัวเป็นผลบวกจากพันธะคู่ 2 ตัว อย่างไรก็ตาม ไอโซเมอร์ C 60 X 4 จำนวน 29 ตัวจะไม่มีความหมายทางเคมี โดยมีสถานะพื้นสามชั้นเกิดขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของอะตอมคาร์บอนผสม sp2 ที่ล้อมรอบด้วยอะตอมผสม sp 3 สามอะตอม ขึ้นรูป C-Xการสื่อสาร จำนวนสูงสุดของไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีโดยไม่คำนึงถึงหลายหลากของสถานะพื้นจะถูกสังเกตในกรณีของ C 60 X 30 และจะเป็น 985538239868524 (1294362 ในจำนวนนั้นเป็นผลิตภัณฑ์ของการบวกที่พันธะคู่ 15 พันธะ) ในขณะที่จำนวน ไอโซเมอร์ที่ไม่ใช่ซิงเกิลเล็ตที่มีลักษณะเดียวกันกับตัวอย่างข้างต้นไม่สามารถนับได้ง่าย แต่จากการพิจารณาทั่วไป ควรเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามจำนวนกลุ่มในเครือที่เพิ่มขึ้น ไม่ว่าในกรณีใด จำนวนของไอโซเมอร์ที่อนุญาตตามทฤษฎีนั้นโดยส่วนใหญ่แล้วจะเป็นจำนวนมาก แต่เมื่อเปลี่ยนไปใช้ C 70 และฟูลเลอรีนที่สมมาตรน้อยกว่าและสูงกว่า ก็จะเพิ่มขึ้นเพิ่มเติมหลายเท่าหรือตามลำดับความสำคัญ

ในความเป็นจริง ข้อมูลจำนวนมากจากการคำนวณทางเคมีควอนตัมแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาส่วนใหญ่ของฮาโลเจนและไฮโดรจิเนชันของฟูลเลอรีนดำเนินไปพร้อมกับการก่อตัว หากไม่ใช่ไอโซเมอร์ที่เสถียรที่สุด อย่างน้อยก็จะแตกต่างจากไอโซเมอร์เหล่านั้นในด้านพลังงานเล็กน้อย ความคลาดเคลื่อนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจะสังเกตได้ในกรณีของฟูลเลอรีนไฮไดรด์ตอนล่าง ซึ่งองค์ประกอบของไอโซเมอร์ดังที่แสดงไว้ข้างต้น อาจขึ้นอยู่กับเส้นทางการสังเคราะห์ด้วยซ้ำเล็กน้อย แต่ความเสถียรของไอโซเมอร์ที่เกิดขึ้นยังคงใกล้เคียงกันมาก การศึกษารูปแบบการก่อตัวของอนุพันธ์ฟูลเลอรีนเหล่านี้เป็นปัญหาที่น่าสนใจซึ่งวิธีแก้ปัญหานี้นำไปสู่ความสำเร็จใหม่ในด้านเคมีของฟูลเลอรีนและอนุพันธ์ของพวกมัน

ฟูลเลอรีนเป็นโมเลกุลที่เป็นทรงกลมปิดที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนหกสิบอะตอม ในปี 2010 เนื่องในโอกาสครบรอบ 25 ปีของการค้นพบฟูลเลอรีน จึงมีการเผยแพร่ ดูเดิลนี้เครื่องมือค้นหา Google- ขณะนี้รายงานฉบับแรกเกี่ยวกับการสังเคราะห์ C60 มีอายุมากกว่า 30 ปีแล้ว และรางวัลโนเบลซึ่งครองประวัติศาสตร์การค้นพบนี้มีอายุเพียงไม่ถึง 20 ปีเท่านั้น ในขณะที่การวิจัยเกี่ยวกับฟูลเลอรีนเองยังคงดำเนินอยู่ เหตุใดโมเลกุลนี้จึงน่าสนใจสำหรับนักวิจัยทั่วโลก เหตุใดผู้คนจำนวนมากที่ไม่มีความรู้ด้านวิทยาศาสตร์มากนักอย่างน้อยก็ได้ยินอะไรบางอย่างเกี่ยวกับเรื่องนี้?

เริ่มจากการแนะนำประวัติของ C60 กันก่อน บ่อยครั้งที่การค้นพบที่น่าทึ่งนำหน้าด้วยเหตุการณ์ที่เมื่อมองแวบแรกไม่มีการเชื่อมโยงโดยตรงกับมัน แต่ถ้าคุณมองใกล้ ๆ พวกเขาจำเป็นต้องรวมการพบปะของคนฉลาดหลายคน แนวคิดที่น่าสนใจ และผลการทดลองใหม่ ๆ ที่ช่วยให้คุณได้รูปลักษณ์ใหม่ ในประเด็นปัญหาดอกเบี้ย

ทุกอย่างเริ่มต้นเมื่อในช่วงกลางทศวรรษ 1970 ฮาโรลด์ โครโต ค้นพบโซ่โมเลกุลคาร์บอนยาวจากข้อมูลสเปกตรัมจากอวกาศ และเขามีความปรารถนาที่จะได้พวกมันในห้องปฏิบัติการ ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ในต่างประเทศ ที่มหาวิทยาลัยไรซ์ (เท็กซัส สหรัฐอเมริกา) ในห้องปฏิบัติการของริชาร์ด สมอลลีย์ อุปกรณ์ได้รับการพัฒนาเพื่อศึกษาสารประกอบและกระจุกที่เกิดจากองค์ประกอบทนไฟ

สิ่งที่เหลืออยู่คือการเชื่อมโยงทั้งสองเหตุการณ์เข้าด้วยกัน สิ่งนี้ทำโดยสมาชิกคนที่สามของทีมโนเบล Robert Curl ซึ่งในฐานะแขกรับเชิญในห้องทดลองของ Crotot ที่มหาวิทยาลัย Sussex ได้เชิญเขาไปเยี่ยมชมห้องทดลองของ Smalley ซึ่งเสร็จสิ้นในปี 1984 โครโตรู้สึกประทับใจกับความเป็นไปได้ในการติดตั้ง และเสนอให้เปลี่ยนแผ่นโลหะด้วยกราไฟท์เพื่อให้ได้โซ่คาร์บอนแทนที่จะเป็นกระจุกโลหะ โดยจำลองสภาพเหมือนในเปลือกดาวฤกษ์

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2528 Croteau มาที่ Smalley เพื่อเข้าร่วมในการทดลองดังกล่าว ดังนั้นการเยือน 10 วันครั้งประวัติศาสตร์ของเขาจึงเริ่มต้นขึ้น 10 วันของเดือนกันยายนนี้ส่งผลให้เกิดจุดสูงสุดที่น่าสงสัยเป็นครั้งแรกในสเปกตรัมมวลสำหรับโครงสร้างอะตอมของคาร์บอน 60 และ 70 อะตอม จากนั้นจึงตีความว่าเป็นโครงสร้างปิดที่มีรูปร่างเหมือนลูกฟุตบอลและรักบี้ และวันที่ 13 กันยายน กองบรรณาธิการนิตยสาร ธรรมชาติได้รับบทความหัวข้อ “C60: Buckminsterfullerene” โมเลกุลฟูลเลอรีนในบทความนี้แสดงโดยใช้ลูกฟุตบอล - เห็นได้ชัดว่าผู้เขียนไม่มีเวลาสร้างแบบจำลองอะตอมที่เข้าใจได้

เหตุใดผู้เขียนจึงสันนิษฐานว่าโมเลกุล C60 ที่ได้นั้นเป็นทรงกลมปิดและไม่ใช่ลูกโซ่ เหนือสิ่งอื่นใดนี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าธรรมชาติ "รัก" โครงสร้างสมมาตร และไอโคซาเฮดรอนที่ถูกตัดทอน (รูปร่างของลูกฟุตบอล) มีความสมมาตรสูงสุด โครโตเขียนว่า “ฉันจำได้ว่าเคยคิดว่าโมเลกุลรูปแบบนี้สวยงามมากจนต้องเป็นเรื่องจริง” Croto ได้รับแรงบันดาลใจให้คิดถึงรูปแบบนี้จากโดมที่สร้างขึ้นโดยนักประดิษฐ์และนักปรัชญาที่โดดเด่นอย่าง Buckminster Fuller ซึ่งเสียชีวิตในปี 1983 หลังจากที่ตั้งชื่อโมเลกุลใหม่นี้แล้ว

ควรสังเกตว่าฟูลเลอรีนได้รับการทำนายตามทฤษฎีมานานก่อนการทดลองผลิต ในปี 1966 David Jones แนะนำว่าการนำข้อบกพร่องห้าเหลี่ยมมาใส่ในชั้นกราไฟท์ที่ประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยมปกติ สามารถเปลี่ยนชั้นแบนนี้ให้กลายเป็นโครงสร้างปิดกลวงได้ ในปี 1971 ที่ญี่ปุ่น นักฟิสิกส์ Osawa กล่าวถึงความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของโครงสร้างดังกล่าว (รูปที่ 3) แต่เขาตีพิมพ์ผลงานนี้ในวารสารของญี่ปุ่น คากาคุ(“เคมี”) ซึ่งจัดพิมพ์เป็นภาษาญี่ปุ่นเท่านั้น หนึ่งปีต่อมาเขาได้เขียนหนังสือเกี่ยวกับอะโรมาติกซิตี้ แต่เป็นภาษาญี่ปุ่นอีกครั้ง ซึ่งรวมถึงบทเกี่ยวกับฟูลเลอรีนด้วย เป็นเพราะอุปสรรคทางภาษาที่ทำให้งานของเขาไม่เป็นที่รู้จักในชุมชนวิทยาศาสตร์จนกระทั่งมีการค้นพบการทดลอง C60

โปรดทราบว่าในสหภาพโซเวียตในปี 1971 มีการคำนวณทางเคมีควอนตัมเกี่ยวกับความเสถียรและโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของฟูลเลอรีนเป็นครั้งแรก มันเกิดขึ้นดังนี้ ผู้อำนวยการสถาบันสารประกอบ Organoelement ของ Russian Academy of Sciences (INEOS RAS) ในเวลานั้นเป็นนักวิชาการของ USSR Academy of Sciences A. N. Nesmeyanov เขาแนะนำว่าหัวหน้าห้องปฏิบัติการเคมีควอนตัม D. A. Bochvar ตรวจสอบโครงสร้างปิดคาร์บอนกลวงใน ซึ่งสามารถวางอะตอมของโลหะได้ และด้วยเหตุนี้จึงแยกพวกมันออกจากอิทธิพลของสิ่งแวดล้อม

ร่วมกับพนักงานของเขา E. G. Galpern และ I. V. Stankevich D. A. Bochvar เริ่มงานนี้ เริ่มต้นด้วยการศึกษาความเสถียรของโมเลกุล C20 ซึ่งมีรูปร่างทรงสิบสองหน้า จึงถูกเรียกว่าคาร์โบโดเดคาฮีดรอน อย่างไรก็ตามขนาดของโมเลกุลดังกล่าวมีขนาดเล็กซึ่งในตอนแรกจำกัดความเป็นไปได้ในการนำอะตอมของโลหะเข้าไป และที่สำคัญที่สุดผลการคำนวณพบว่าโครงสร้างดังกล่าวไม่ควรเสถียร งานหยุดแล้ว. I.V. Stankevich ซึ่งเป็นนักฟุตบอลตัวยงได้เสนอโครงสร้างปิดที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งของคาร์บอน C60 ซึ่งมีความสมมาตรของ icosahedron ที่ถูกตัดทอน - ลูกฟุตบอล เขานำลูกฟุตบอลเข้าไปในห้องทดลองและบอกกับ Halpern ว่า “Lena ชายสุขภาพดี 22 คนเตะบอลลูกนี้เป็นเวลาหลายชั่วโมง แต่ไม่มีอะไรเกิดขึ้นเลย โมเลกุลที่มีรูปร่างแบบนี้จะต้องแข็งแกร่งมาก”

การคำนวณทางเคมีควอนตัมสำหรับโมเลกุลขนาดนี้เป็นเรื่องยากมากสำหรับคอมพิวเตอร์ในขณะนั้น แต่ก็มีการดำเนินการและแสดงให้เห็นว่า C60 เป็นโมเลกุลที่เสถียร ในตอนแรก Bochvar, Halpern และ Stankevich ล้มเหลวในการโน้มน้าวนักเคมีเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของโมเลกุลดังกล่าวและมีเพียงการปรากฏตัวในปี 1972 หมายเหตุสั้น ๆนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันเกี่ยวกับโมเลกุลสิบสองหน้าที่เป็นไปได้ C20 ซึ่งผู้เขียนไปที่ A.N. Nesmeyanov กระตุ้นให้เขาส่งผลงานเกี่ยวกับ C60 ไปยังรายงานของ USSR Academy of Sciences น่าเสียดายที่ Bochvar, Halpern และ Stankevich ไม่สามารถโน้มน้าวให้นักเคมีทดลองสังเคราะห์โครงสร้างนี้ได้ และจนกระทั่งมีการสังเคราะห์ในปี 1985 โครงสร้างนี้ถือเป็นสิ่งประดิษฐ์ทางทฤษฎี ผู้ได้รับรางวัลโนเบลกล่าวถึงการมีส่วนร่วมในการวิจัย C60 ในการบรรยายโนเบลของ Smalley สังเกตว่า Osawa, Jones, Halpern, Stankevich สมควรได้รับรางวัลนี้ ซึ่งแต่ละคนมีส่วนร่วมในการค้นพบนี้

เรื่องราวของการค้นพบฟูลเลอรีนสามารถเติมเต็มได้ด้วยคำพูดของโครโตจากการบรรยายโนเบลของเขา: “เรื่องราวของการค้นพบ C60 ไม่สามารถประเมินได้อย่างถูกต้องหากไม่คำนึงถึงความสวยงามของรูปร่างของโมเลกุลนี้ซึ่งเนื่องมาจาก ความสมมาตรอันเหลือเชื่อ ข้อเท็จจริงที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่สร้างออร่ารอบโมเลกุลนี้เกี่ยวข้องกับชื่อของมัน - บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน ทั้งหมดนี้ทำให้โมเลกุลที่สง่างามของเรามีเสน่ห์ดึงดูดนักวิทยาศาสตร์ สร้างความยินดีให้กับผู้คนทั่วไป เพิ่มความกระตือรือร้นให้กับคนหนุ่มสาวในทัศนคติต่อวิทยาศาสตร์ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งให้ ลมหายใจสดชื่นเคมี".

คุณสมบัติของฟูลเลอรีนและฟูลเลอไรต์

ฟูลเลอรีนบริสุทธิ์ที่ อุณหภูมิห้องเป็นฉนวนที่มีช่องว่างแถบประมาณ 2 eV หรือสารกึ่งตัวนำภายในที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก เป็นที่ทราบกันดีว่าในของแข็งอิเล็กตรอนสามารถมีพลังงานได้เฉพาะในช่วงของค่าบางค่าเท่านั้น - ในโซนของพลังงานที่อนุญาตซึ่งเกิดขึ้นจากระดับพลังงานอะตอมหรือโมเลกุล โซนเหล่านี้ถูกคั่นด้วยโซนค่าพลังงานต้องห้ามที่อิเล็กตรอนไม่สามารถมีได้

แถบด้านล่างมักจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมีระหว่างอะตอมหรือโมเลกุล และมักเรียกว่าแถบเวเลนซ์ ด้านบนนั้นมีแถบต้องห้าม ตามด้วยแถบพลังงานที่ได้รับอนุญาตหรือแถบการนำไฟฟ้าที่ว่างเปล่าหรือไม่สมบูรณ์ ได้ชื่อมาเนื่องจากมีสถานะอิเล็กทรอนิกส์อิสระอยู่เสมอ ซึ่งทำให้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ (ดริฟท์) เข้าไปได้ สนามไฟฟ้าจึงดำเนินการถ่ายโอนประจุหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือทำให้มั่นใจในการไหลของกระแสไฟฟ้า (การนำไฟฟ้าของของแข็ง)

ผลึกฟูลเลอรีน (ฟูลเลอไรต์) เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างแถบ 1.2–1.9 eV และแสดงสภาพการนำไฟฟ้าด้วยแสง เมื่อสัมผัสกับแสงที่มองเห็นได้ ความต้านทานไฟฟ้าคริสตัลฟูลเลอไรต์ลดลง ฟูลเลอไรต์ไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติในการนำแสงเท่านั้น แต่ยังมีสารผสมต่างๆ กับสารอื่นๆ อีกด้วย พบว่าการเติมอะตอมโพแทสเซียมลงในฟิล์ม C60 ทำให้เกิดความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ 19 K

ด้วยการเกาะติดอนุมูลที่มีลักษณะทางเคมีต่างๆ เข้าด้วยกัน ฟูลเลอรีนจึงสามารถสร้างสารประกอบเคมีประเภทต่างๆ ที่มีคุณสมบัติเคมีกายภาพที่แตกต่างกันได้ ดังนั้น จึงได้ฟิล์มโพลีฟูลเลอรีนโดยที่โมเลกุล C60 เชื่อมต่อถึงกัน ไม่ใช่โดย van der Waals เช่นเดียวกับในผลึกฟูลเลอไรต์ แต่โดยปฏิกิริยาทางเคมี ฟิล์มเหล่านี้ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นพลาสติกถือเป็นฟิล์มชนิดใหม่ วัสดุโพลีเมอร์- ผลลัพธ์ที่น่าสนใจได้รับจากการสังเคราะห์โพลีเมอร์จากฟูลเลอรีน ในกรณีนี้ฟูลเลอรีน C60 ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานของโซ่โพลีเมอร์และการเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลนั้นดำเนินการโดยใช้วงแหวนเบนซีน โครงสร้างนี้ได้รับชื่อโดยนัยว่า "สายไข่มุก"

การเกิดโพลิเมอไรเซชันของฟูลเลอรีนทำให้เกิดลักษณะพิเศษที่ผิดปกติซึ่งมีแนวโน้มว่าจะเกิด เทคโนโลยีที่ทันสมัย- การรวมกันของฟูลเลอรีนกับโครงสร้างนาโนคาร์บอนอื่นๆ ทำให้เกิดการผลิตวัตถุที่น่าสนใจ: ฟูลเลอรีนภายในท่อนาโนคาร์บอนก่อตัวเป็น “ฝักถั่ว” ( พีพอด) ซึ่งมีแนวโน้มที่จะใช้ในเลเซอร์ ทรานซิสเตอร์อิเล็กตรอนเดี่ยว สปินคิวบิตสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ฯลฯ ในขณะที่การสัมผัสกับลำอิเล็กตรอนสามารถนำไปสู่การเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของฟูลเลอรีนเข้าไปในท่อคาร์บอนภายใน ในทางกลับกัน การเติมฟูลเลอรีนลงบนพื้นผิวของท่อนาโนจะทำให้เกิด "นาโนพอเบิล" ที่มีคุณสมบัติการปล่อยก๊าซที่น่าหวัง

ที่สถาบันงบประมาณของรัฐบาลกลาง TISNUM (มอสโก, ทรอยสค์) ในปี 1993 เป็นครั้งแรกที่ V. D. Blank, M. Yu. Popov และ S. G. Buga วัสดุใหม่ขึ้นอยู่กับฟูลเลอรีน - ฟูลเลอไรต์ที่มีความแข็งเป็นพิเศษหรือทิสนูไมต์ ซึ่งมีค่าคงที่และความแข็งที่ยืดหยุ่นได้ และยังสามารถขีดข่วนเพชรได้ L.A. Chernozatonsky เสนอแบบจำลองของโพลีเมอร์ดังกล่าวซึ่งสอดคล้องกับการทดลองอย่างสมบูรณ์แบบ คุณสมบัติเฉพาะของวัสดุนี้อาจเกิดจากการที่ฟูลเลอไรต์โพลีเมอร์ที่อยู่ในนั้นอยู่ในสถานะบีบอัด ซึ่งเพิ่มความแข็งแกร่งเชิงกลและความแข็งของวัสดุทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญ ต่อมาได้ตัวอย่างคาร์บอนแข็งพิเศษในกลุ่มอื่น

ฟูลเลอรีนที่ไม่ใช่คาร์บอน

ไม่เพียงแต่อะตอมของคาร์บอนเท่านั้นที่สามารถสร้างโครงสร้างกลวงแบบปิดได้ เป็นเรื่องธรรมดาที่จะคาดหวังว่าโบรอนไนไตรด์ซึ่งเป็นอะนาล็อกไอโซอิเล็กทรอนิกส์ของคาร์บอนจะสามารถสร้างโมเลกุลที่มีรูปร่างคล้ายกันได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม โครงสร้างดังกล่าวได้รับมาเฉพาะในปี 1998 และสมาชิกกลุ่มแรกของชุดฟูลเลอรีนที่ไม่ใช่คาร์บอนคือโครงสร้างปิดขององค์ประกอบ MoS2 และ WS2 สารประกอบเหล่านี้จัดอยู่ในกลุ่มไดแชลโคเจนไนด์ของโลหะทรานซิชัน - สารประกอบที่ประกอบด้วยชั้นอะตอมของโลหะซึ่งมีชั้นชาโคเจนติดอยู่ทั้งสองด้าน (ใน ในกรณีนี้กำมะถัน). คุณสมบัติของฟูลเลอรีนดังกล่าวคือความเฉื่อยทางเคมีซึ่งช่วยให้สามารถใช้เป็นสารหล่อลื่นที่ดีเยี่ยมได้ บริษัท วัสดุนาโนและ N.I.S. พวกเขาขายผลิตภัณฑ์ดังกล่าวในปริมาณมากกว่า 1,000 ตันต่อปี

ในขณะนี้ มีการค้นพบฟูลเลอรีนที่ไม่ใช่คาร์บอนหลายสิบตัว ซึ่งมีโครงสร้างและองค์ประกอบที่แตกต่างกัน การสังเคราะห์มักนำหน้าด้วยการทำนายทางทฤษฎีที่ช่วยให้สามารถประเมินคุณสมบัติของวัสดุได้ ตัวอย่างเช่น ในปี พ.ศ. 2544 มีการเสนอแบบจำลองของฟูลเลอรีนที่ทำจากแมกนีเซียมไดโบไรด์ ในปี พ.ศ. 2550 กลุ่มของบอริส จาค็อบสัน (มหาวิทยาลัยไรซ์) คาดการณ์ว่าฟูลเลอรีนที่ประกอบด้วยโบรอน B80 ทั้งหมด จะมีสมมาตรเหมือนกับ C60 บทความเกี่ยวกับโมเลกุลที่สวยงามดังกล่าวกระตุ้นความสนใจอย่างมากจากชุมชนวิทยาศาสตร์ มีการทำนายโบรอนฟูลเลอรีนที่เสถียรจำนวนหนึ่งซึ่งมีจำนวนอะตอมต่างกัน และในปี 2014 มีการตีพิมพ์บทความซึ่งมีรายงานการสังเคราะห์โบรอนฟูลเลอรีน B40 ที่ประสบความสำเร็จ เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการตีพิมพ์ผลงานที่ทำนายโครงสร้างที่มั่นคงของ C60Sc20 ซึ่งเป็นฟูลเลอรีนซึ่งมีวงแหวนอะตอมคาร์บอนที่มีสมาชิกห้าอะตอมเชื่อมต่อกันผ่านอะตอมของโลหะ โมเลกุลดังกล่าวมีความเสถียรที่ดีและอาจใช้เป็นตัวดูดซับสำหรับโมเลกุลไฮโดรเจนได้ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับการทดลอง

อ่านเพิ่มเติม

โครโต จี.สมมาตร อวกาศ ดวงดาว และ C60 // ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์กายภาพ 2541 ต. 168 ฉบับที่ 3 หน้า 343

โจนส์ ดี.อี.เอช. เอเรียดเน // วิทยาใหม่ พ.ศ. 2509. ฉบับ. 32. หน้า 245.

โอซาว่า อี.สมมาตรยิ่งยวด // คากากุ เกียวโต 2513. ฉบับ. 25. หน้า 854.

Bochvar D.A., Galpern E.G.โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุล C20 และ C60 // DAN USSR Chemical Series 2516 ต. 209 ฉบับที่ 3 หน้า 610–615

สมอลลีย์ อาร์.อี.การค้นพบฟูลเลอรีน // ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์กายภาพ 2541 ต. 168 ฉบับที่ 3 หน้า 323

นาซิบูลิน เอ.จี.และคณะ วัสดุคาร์บอนไฮบริดชนิดใหม่ // แนท นาโนเทคโนโลยี 2550. ฉบับ. 2 หมายเลข 3 หน้า 156–161.

แบลงค์ วี.และคณะ C60 ฟูลเลอไรต์แข็งกว่าเพชรจริงหรือ? //ฟิส. เล็ตต์ ก. 2537. ฉบับ. 188 ฉบับที่ 3 หน้า 281–286

Chernozatonskii L.A., Serebryanaya N.R., Mavrin B.N.ผลึกซูเปอร์ฮาร์ดสามมิติโพลีเมอร์ไรซ์ C60 เฟส // Chem ฟิสิกส์ เล็ตต์ 2543. ฉบับ. 316 ฉบับที่ 3-4 ป. 199–204.

เชอร์โนซาตันสกี้ แอล.เอ. Bifullerenes และ binanotubes จาก diborides // จดหมาย JETP 2544 ต. 74 ฉบับที่ 6 หน้า 369–373

Gonzalez Szwacki N., Sadrzadeh A., Yakobson B.I. B80 ฟูลเลอรีน: การทำนาย Ab Initio ของเรขาคณิต ความเสถียร และโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ // ฟิสิกส์ สาธุคุณ เล็ตต์ 2550. ฉบับ. 98 ฉบับที่ 16 หน้า 166804

ไจ่ เอช.-เจ.และคณะ การสังเกตฟูลเลอรีนทั้งหมด // Nat. เคมี. 2557. ฉบับ. 6. หน้า 727–731.

หวัง เจ., หม่า ฮ.-เอ็ม., หลิว วาย. Sc20C60: วอลเลย์บอล // ระดับนาโน 2559.

ฟูลเลอรีนเป็นสารประกอบโมเลกุลที่อยู่ในประเภทการดัดแปลงแบบ allotropic ของคาร์บอน โดยมีโครงสร้างเฟรมปิดที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่ประสานกันสามอะตอม และมีหน้าห้าเหลี่ยม 12 เหลี่ยมและ (n/2 - 10) หน้าหกเหลี่ยม (n≥20) ลักษณะเฉพาะคือรูปห้าเหลี่ยมแต่ละอันอยู่ติดกับรูปหกเหลี่ยมเท่านั้น

รูปแบบที่มั่นคงที่สุดคือ C 60 (บัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน) โครงสร้างทรงกลมกลวงซึ่งประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยม 20 รูปและรูปห้าเหลี่ยม 12 รูป

รูปที่ 1 โครงสร้างของ C 60

โมเลกุล C60 ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่เชื่อมโยงถึงกันด้วยพันธะโควาเลนต์ การเชื่อมต่อนี้เกิดจากการแบ่งปันเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอม ความยาวของพันธะ C−C ในรูปห้าเหลี่ยมคือ 1.43 Å เช่นเดียวกับความยาวของด้านของรูปหกเหลี่ยมที่เชื่อมร่างทั้งสอง อย่างไรก็ตาม ด้านที่เชื่อมรูปหกเหลี่ยมจะอยู่ที่ประมาณ 1.39 Å

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ โมเลกุล C 60 มักจะถูกจัดเรียงในอวกาศ โดยจะอยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล หรืออีกนัยหนึ่ง ฟูลเลอรีนจะก่อตัวเป็นผลึกที่เรียกว่าฟูลเลอไรต์ เพื่อให้โมเลกุล C 60 อยู่ในอวกาศอย่างเป็นระบบ เช่นเดียวกับอะตอม พวกมันจะต้องสื่อสารระหว่างกัน การเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลในคริสตัลนี้เกิดจากการมีแรงแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอ ปรากฏการณ์นี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้าประจุลบของอิเล็กตรอนและประจุบวกของนิวเคลียสจะกระจายไปในอวกาศซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุลสามารถโพลาไรซ์ซึ่งกันและกันหรืออีกนัยหนึ่งก็คือพวกมัน นำไปสู่การกระจัดในอวกาศของศูนย์กลางของประจุบวกและลบซึ่งทำให้เกิดการโต้ตอบกัน

ของแข็ง C60 ที่อุณหภูมิห้องมีโครงตาข่ายลูกบาศก์วางตรงกลางหน้า ซึ่งมีความหนาแน่น 1.68 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0° C จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นลูกบาศก์ขัดแตะ

เอนทัลปีของการก่อตัวของฟูลเลอรีน-60 มีค่าประมาณ 42.5 กิโลจูล/โมล ตัวบ่งชี้นี้สะท้อนถึงความเสถียรต่ำเมื่อเทียบกับกราไฟท์ (0 kJ/mol) และเพชร (1.67 kJ/mol) เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อขนาดของทรงกลมเพิ่มขึ้น (เมื่อจำนวนอะตอมของคาร์บอนเพิ่มขึ้น) เอนทัลปีของการก่อตัวจะมีแนวโน้มไปสู่เอนทัลปีของกราไฟท์ ซึ่งอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าทรงกลมนั้นมีลักษณะคล้ายกับระนาบมากขึ้น

ภายนอกฟูลเลอรีนเป็นผงผลึกละเอียดสีดำไม่มีกลิ่น พวกมันไม่ละลายในน้ำ (H 2 O), เอทานอล (C 2 H 5 OH), อะซิโตน (C 3 H 6 O) และตัวทำละลายที่มีขั้วอื่น ๆ แต่ในเบนซีน (C 6 H 6), โทลูอีน (C 6 H 5 − CH 3) ฟีนิลคลอไรด์ (C 6 H 5 Cl) ละลายเป็นสารละลายสีแดงม่วง เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อเติมสไตรีน (C 8 H 8) หยดลงในสารละลายอิ่มตัวของ C 60 ในไดออกเซน (C 4 H 8 O 2) สีของสารละลายจะเปลี่ยนจากสีเหลืองน้ำตาลเป็นสีแดงทันที สีม่วงเนื่องจากการก่อตัวของสารเชิงซ้อน (โซลเวต)

ในสารละลายอิ่มตัวของตัวทำละลายอะโรมาติก ฟูลเลอรีนที่อุณหภูมิต่ำจะเกิดการตกตะกอน - ผลึกโซลเวตในรูปแบบ C 60 Xn โดยที่ X คือเบนซีน (C 6 H 6), โทลูอีน (C 6 H 5 -CH 3), สไตรีน (C 8 H 8) , เฟอร์โรซีน (Fe(C 5 H 5) 2) และโมเลกุลอื่นๆ

เอนทาลปีของการละลายของฟูลเลอรีนในตัวทำละลายส่วนใหญ่เป็นค่าบวก เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความสามารถในการละลายจะแย่ลงตามกฎ

การศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของฟูลเลอรีนเป็นปรากฏการณ์เฉพาะเนื่องจาก การเชื่อมต่อนี้กำลังผสานเข้ากับชีวิตของเรามากขึ้นเรื่อยๆ ในปัจจุบัน แนวคิดในการใช้ฟูลเลอรีนในการสร้างเครื่องตรวจจับแสงและอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ตัวเร่งปฏิกิริยาการเจริญเติบโต ฟิล์มคล้ายเพชรและเพชร วัสดุตัวนำยิ่งยวด และยังเป็นสีย้อมสำหรับเครื่องถ่ายเอกสารกำลังถูกหารือกันอยู่ ฟูลเลอรีนใช้ในการสังเคราะห์โลหะและโลหะผสมที่มีคุณสมบัติดีขึ้น

ฟูลเลอรีนมีแผนจะใช้ในการผลิตแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ หลักการทำงานของแบตเตอรี่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน ซึ่งมีความคล้ายคลึงกับแบตเตอรี่ที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักในหลาย ๆ ด้าน แต่สามารถกักเก็บไฮโดรเจนตามปริมาณที่กำหนดได้หลายเท่า นอกจากนี้ แบตเตอรี่ดังกล่าวยังมีประสิทธิภาพที่สูงกว่า น้ำหนักเบากว่า รวมถึงความปลอดภัยด้านสิ่งแวดล้อมและสุขอนามัย เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมที่ทันสมัยที่สุดในแง่ของคุณสมบัติเหล่านี้ แบตเตอรี่ฟูลเลอรีนสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการจ่ายไฟให้กับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและเครื่องช่วยฟัง

ให้ความสนใจอย่างมากกับปัญหาการใช้ฟูลเลอรีนในสาขาการแพทย์และเภสัชวิทยา กำลังพิจารณาแนวคิดในการสร้างยาต้านมะเร็งโดยใช้สารประกอบเอนโดฮีดรัลที่ละลายน้ำได้ของฟูลเลอรีนที่มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี

อย่างไรก็ตามการใช้ฟูลเลอรีนถูกจำกัดด้วยต้นทุนที่สูงซึ่งเกิดจากความซับซ้อนของการสังเคราะห์ส่วนผสมของฟูลเลอรีนตลอดจนการแยกส่วนประกอบแต่ละส่วนออกหลายขั้นตอน