Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Из всей Периодической таблицы химических элементов особую роль в нашей жизни играет углерод. Не только потому, что он входит в состав основных естественных энергоносителей (нефть, газ, уголь) и огромного количества разнообразных искусственных материалов, но и потому, что составляет биологическую основу самой жизни. С физической точки зрения причина этого заключается в способности атомов углерода (обусловленной в конечном счете их атомной электронной структурой) образовывать различные типы связей (одинарные, двойные, тройные, ван-дер-ваальсовские) как между собой, так и почти со всеми другими элементами. В природе углерод существует в форме алмаза и графита.
В 2010 году исполняется 25 лет с момента открытия еще одной, кластерной формы углерода – “нульмерных” фуллеренов, представляющих собой сферообразные полые кластеры из ~100 атомов. Этим был дан старт поиску новых углеродных аллотропов, еще не закончившемуся, но уже увенчавшемуся синтезом одномерных нанотрубок в 1991 г. и “переоткрытием” двумерного графена в 2004 г. (см. рис.). И фуллерены, и нанотрубки, и графен обладают уникальными физико-химическими характеристиками, которые интересны как с фундаментальной, так и с практической точек зрения.
Фуллерены -> нанотрубки -> графен -> ?
Если говорить о фуллеренах, то на рынок уже поступили первые промышленные партии изготовленных из них солнечных батарей. Определенные ожидания связаны с модификацией фуллеренов различными элементами и химически активными комплексами (биология, фармацевтика, новые материалы). Что касается нанотрубок, то их добавка позволяет существенно улучшить качество некоторых композитов и полимеров, в том числе использующихся для изготовления одежды. В свое время большие надежды возлагались на использование нанотрубок в наноэлектронике и спинтронике. Одна из проблем здесь заключается в отсутствии надежной технологии массового производства нанотрубок с заранее заданной хиральностью. Графен имеет, пожалуй, максимальный потенциал для приложений. Как сказал недавно Нобелевский лауреат Ф. Вильчек, “Графен является, возможно, единственной системой, где идеи квантовой теории поля могут найти практический выход”.
Тем временем поиски новых аллотропов углерода продолжаются. В частности, предпринимаются попытки изготовить материалы с определенной комбинацией sp-, sp2- и sp3-гибридизованных связей, например графайн (graphyne). А вообще, если заметить, что мерность новых аллотропов в последние годы увеличивалась от 0D до 2D, то можно предположить, что следующий аллотроп окажется трехмерным. Эпоха углерода еще не закончилась...
По материалам заметки
A.Hirsch, Nature Mater. 9, 868 (2010).
