Естественнонаучные проблемы Арктического региона : седьмая региональная научная студенческая конференция, Мурманск, 11-12 мая 2006г. : труды конференции. Мурманск, 2007.

ИЗУЧЕНИЕ КОМПОЗИТОВ ПОЛИМЕР-ФУЛЛЕРЕН НА ПРИМЕРЕ МОДЕЛЬНОГО КОМПОЗИТА ПС+Сб0 П.А. Шиян Санкт-Петербургский государственный технический университет e-mail: pashiyan@rambler.ru Долгие годы считалось, что углерод может образовывать только две кристалличе­ ские структуры - алмаз и графит. Третью форму элементарного углерода - карбин, откры­ ли в 60-х гг. XX в. Карбин представляет собой линейную структуру -сшитые или двойными связями, или чередующимися одинарными - тройными связями цепочки из атомов углерода. Углеродные волокна, чудесный и сверхпрочный конструкционный материал последних лет состоит из поликристаллического карбина. Углеродные волокна получают термической об­ работкой полимерных волокон в среде благородных газов. Это сверхпрочные нити, обла­ дающие проводниковыми свойствами. Из них в настоящее время изготовляют пуленепроби­ ваемые жилеты, конструкционные элементы самолетов, ракет, сами ракетные двигатели, костюмы, обогреваемые электричеством и многое другое. В начале восьмидесятых в США из этих волокон, обработанных эпоксидной смолой, был сделан самолет, облетевший без до­ заправок и посадок весь Земной шар. Его сухая масса составляла не более 10% от взлетного веса. Впрочем, уже тогда некоторые исследователи обратили внимание на то, что углерод может образовывать не только плоские, но и вогнутые поверхности. В 1973 г. Д.А. Бочвар и Е.Г. Гальперн в России, а несколько ранее Е. Осава в Японии на основании квантовохи­ мических расчетов предсказали существование шаровидных молекул углерода-карбодо- декаэдра С 2 0 , и карбо-э-икосаэдра - Сбо- Также было предсказано, что эти молекулы долж­ ны быть устойчивыми и химически стабильными. Однако реально самым мощным стимулом к исследованию и синтезу этих новых форм углерода, возможность существования которых была предсказанатеоретически, стало предположение Кротто о том, что источником диффузных полос (известных еще с тридца­ тых годов нашего столетия) испускаемых межзвездной материей в ближнем ИК диапазоне являются молекулы Сбо, имеющие структуру усеченного икосаэдра. Начались поиски новых форм углерода на Земле. В 1985 г. X. Крото, Р. Керл и Р. Смоли смоделировали не­ обходимые условия для испарения графита с помощью луча лазера (в струе гелия, при температуре 10 000°С), и открыли существова­ ние молекул Сбо и С70, которые были названы фуллеренами. Структура фуллерена Сбо по виду напоминает футбольный мяч, который состоит из заплаток 5 и 6 угольной формы. Если пред­ ставить, что в вершинах этих многоугольников расположены атомы углерода, связанные попарно друг с другом ковалентными элек­ тронными связями, то мы получим самый стабильный фуллерен с числом атомов углерода 60 (рис. 1). Наряду с этим было также показано, что высокой стабильно­ стью обладает также и молекула С70, имеющая форму замкнутого сфероида (рис. 2). Принципиальное значение работ Кротто за­ ключалось в том, что в них была предложена структура молекулы Сбо, и доказано, что фуллерен Сбо является именно молекулой, а не кластером, и это кардинальным образом влияет на его основ­ ные физические и химические свойства, главным из которых яв­ ляется стабильность. 90