Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1А. Фуллерен - футбольный мяч.
Рис.1Б. Синие кружки - это вершины.
Рис.2. Красные шарики – атомы углерода. Cвязи помечены жёлтым.

Рис.3А. Атом углерода – С.

Рис.3Б. Связанные атомы углерода.

Рис. 4

Рис.5А
Рис.5Б
Рис.6. Другие виды фуллеренов.

Фуллерен

Ключевые слова:  Интернет-олимпиада, наноазбука, периодика, творчество, Фуллерен

Автор(ы): Коренев Владимир Владимирович

Опубликовал(а):  Шушарина Анастасия Леонидовна

26 октября 2010

Так что же такое фуллерен?

Определение простое: фуллерен – это футбольный мяч, пустой внутри.

Представим себе полый внутри футбольный мяч, поверхность которого состоит лишь из пятиугольников и шестиугольников (см. рис. 1а). Все эти многоугольники, образующие поверхность футбольного мяча, имеют вершины (на рис. 1б они помечены синими кружочками). Внутри многоугольники пусты.

Фактически, многоугольники на поверхности мяча и их вершины (синие кружочки) образуют его каркас. Такие каркасы в Математике называются многогранниками.

Теперь будем работать с изображённым на рис. 1б каркасом мяча. Пусть мы собрали такой каркас, который имеет 60 вершин.

Действительно, в Математике доказывается Теорема о том, что можно собрать такой, каркас, состоящий только из пяти- и шестиугольников, имеющих ровно 60 вершин (см. синие кружки на рис. 1б). В этом случае в каркасе будет ровно 12 пятиугольников и 20 шестиугольников. Мы эту Теорему доказывать не будем – просто используем её.

Возьмём 60 атомов углерода (маленькие красные шарики) и разместим их в вершинах каркаса, отмеченных синим. Полученный многогранник изображён на рис. 2. Все эти атомы углерода связаны между собой. Считаем, что все связи между атомами идут по рёбрам пяти- и шестиугольников. Причём, длина связи вдоль общего ребра двух шестиугольников больше, чем длина связи вдоль общей стороны пятиугольника и шестиугольника. Попробую объяснить это еще проще?

Снова разберём это на примере шариков. Как уже говорилось выше, пусть атом углерода – это красный шарик. Пусть у каждого шарика есть по 4 руки (см. рис. 3а). Будем считать, что между шариками есть связь, если они держатся за руки (см. рис. 3б.). Вспомним теперь, что фуллерен – это огромный футбольный мяч, поверхность которого образована пяти- и шестиугольниками, в вершинах которых сидят атомы углерода (см. рис. 2). В нашем случае атомы углерода – это многорукие шарики. Значит, фуллерен – это гигантский шар, в вершинах которого сидят маленькие шарики с четырьмя руками. Однако, эти атомы-шарики не любят, когда их руки не заняты и свободно болтаются. Поэтому, они стараются схватить этими руками другие шарики из соседних узлов. Однако, руки у шариков – волшебные и имеют изменяющуюся длину. Она может быть равна длине А, если рука протянута вдоль общей стороны пятиугольника и шестиугольника, либо - длине Б, если рука протянута вдоль общей стороны шестиугольников. Но не длиннее!!!!! Поэтому, каждому шарику удаётся взяться за руки лишь с тремя ближайшими соседями (см. рис. 4).

Четвёртая же рука остаётся болтаться. На языке Физики это означает, что атомы углерода (красные шарики), сидящие в вершинах фуллерена (каркаса мяча), могут иметь только по три связи со своими ближайшими соседями на поверхности, а четвёртая связь остаётся свободной. Правда, оказывается, что хитрые атомы, сидящие в соседних вершинах шестиугольников, делают вот что: хватаются оставшимися свободными руками друг за друга и держатся двумя руками вдоль одной стороны (см. рис. 5а, см. выноску рис. 5б)

Такой каркас и называется фуллереном. Есть лишь одно условие: количество атомов углерода в нём (т.е. число вершин в каркасе на рис. 2) должно быть чётным. Можно собирать футбольные шары из разного количества пяти и шестиугольников – тогда будут получаться разные фуллерены. Примеры фуллеренов приведены на рис. 6. Фуллерены с количеством атомов более 70 (например, C76, C78, C84) называют высшими фуллеренами. Минимальное количество атомов в фуллерене – 20.

Обозначение

Обозначают фуллерены так: Cn, где n – число атомов в фуллерене.

Где же использовать фуллерены?

Оказывается, что фуллерены имеют множество практических применений. Например, в солнечных элементах, где они непосредственно участвуют в переводе солнечной энергии, при облучении светом, в электрическую. Можно использовать фуллерены в смазках, биологии, медицине и т. д.


В статье использованы материалы: Интернет-олимпиада


Средний балл: 9.8 (голосов 8)

 


Комментарии
Это написано СПЕЦИАЛЬНО в таком стиле, чтобы что - то объяснить самым - самым начинающим. Сделано удачно и с большим чувством. Я бы так не смог
Палии Наталия Алексеевна, 26 октября 2010 13:18 
И иллюстрации очень красивые
нанотрубки - видео изображение быстрого сканирования массива углеродных нанотрубок. Не фуллерены ), но близко к ним.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

"Титановые" нанощупальца
"Титановые" нанощупальца

Школа PI SCAMT: Стань руководителем глобальной лаборатории
Университет ИТМО приглашает принять участие в Школе PI. Школа PI - это возможность узнать как из точки А "молодой кандидат наук" дойти до точки Б "научный руководитель". За 1 неделю вы узнаете об этапах организации успешной исследовательской группы в России и разработаете дорожную карту построения своей собственной лаборатории. Школа PI подходит для кандидатов наук, защитивших диссертацию в области естественных наук не ранее 2015 года. Прием заявок до 1 мая 2021 г.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Новые титансодержащие комплексы для водородных
аккумуляторов. Зеленая электроника: мягкий актуатор из венериной мухоловки. Шелковичные черви создают новые нанокомпозиты in vivo. Конференции

В магистратуру МГУ - без экзаменов, юбилейная универсиада
Универсиада МГУ - уникальный конкурс, впервые проводимый в новом формате, который охватывает широкий диапазон участников – студентов и выпускников специалитета, бакалавриата, магистратуры, аспирантов, молодых ученых. Конкурс рассчитан на поддержку талантливой молодежи, мотивацию дальнейшего развития научно-исследовательской карьеры, пропаганду научных знаний, активное вовлечение участников в обмен мнениями и равноправное соревнование со своими сверстниками и коллегами на международном уровне, а также поступление в бесплатную магистратуру МГУ без экзаменов по результатам Универсиады.

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.