Jumlah segi enam di sini dibatalkan sehingga kita memiliki p = 12. Ini berarti bahwa di semua fullerene sejumlah wajah pentagon sama atau habis dibagi 12, sementara sejumlah segi enam mungkin tidak beraturan. Bila h = 0 yang diperoleh f = 12, l = 30, v = 20 sebagai dodecahedron С20, sedangkan pada h = 20 kita memperoleh f = 32, l = 90, v = 60, icosahedron, atau buckminsterfullerene C60.
Fullerene С20 terdiri dari 12 pentagon hanya sebagai sangkar terendah kelompok fullerene С12Ті8 ditemukan pada tahun 1992 dan ditunjukkan pada Gambar 57 menunjukkan substitusi fullerenes tipe Ме8С12, yang dikenal sebagai metallocarbohedrenes atau metcarbs, di mana atom logam Ме= Zr, Hf, V, Cr, Mo, Fe menggantikan atom karbon.
Molekul buckyball С60 memiliki karakteristik sebagai berikut:
Rata-rata panjang ikatan C-C: 0.144 nm (0.146 nm dalam pentagons dan 0.140 nm dalam segi enam). Diameter rata-rata 0,71 nm, diameter bola luar 1,034 nm. Energi pengikat per atom adalah 7,40 eV / atom, lebih rendah pada 0,7 еV / atom daripada grafit. Energi kohesif adalah 1,4 eV / atom. Potensi ionisasi pertama adalah 7.58 eV. Tepi absorpsi optik adalah 1,65 eV.
9.4. Fullerites – Kristal Fullerenes
Fullerenes dapat dihubungkan bersama oleh ikatan van-der-Waals lemah yang membentuk kristal molekuler. C60-fullerite dalam kondisi normal memiliki kisi-kubik berpusat-pusat FCC-С60, setiap molekul di mana berputar satu sama lain secara acak. Di bawah penurunan suhu sampai 260 K rotasi dibekukan sementara fase fcc berubah menjadi kisi kubik sederhana SC-С60.
FCC-С60 memiliki karakteristik sebagai berikut: Parameter kisi a= 1,474 nm. Panjang antara molekul С60-С60 adalah 10.02 nm. Energi kohesif adalah 1,6 eV / atom. Densitas adalah ρ = 1,72 g / cm3. Modulus muda adalah Y = 15,9 GPa. Suhu leleh Тmelt = 1180 С Konstanta dielektrik statis adalah ε = 4-4.2. Daya serap optik adalah 1,7 eV. Ini adalah semikonduktor lembut dengan celah pita ΔEg = 1,5-1,7eV.
Perhatikan bahwa meskipun modulus bulk tinggi kekerasan fullerite sangat kecil sehingga
tidak elektronik atau sifat unik optik tidak ditandai. Biasanya kristal molekuler konvensional karena
sifat mitosnya adalah kepalsuan.
9.5. Fullerides – didoping fullerites
Kisi fullerites mengandung lubang tetrahedral intermolekuler atau oktahedral lebih besar daripada kisi logam konvensional. Oleh karena itu mereka mungkin sangat mudah didoping, misalnya dengan alkali К, Rb, Li, Na atom. Senyawa fullerites dengan logam diberi nama fullerides (Gambar 58). Doping adalah metode yang efektif untuk mengubah sifat sehingga sintesis fulleride adalah perspektif untuk mendapatkan bahan yang tidak biasa. Sebagai contoh, alkali fulleride RbCs2C60 ditemukan sebagai superkonduktor dengan suhu kritis Тс = 117 К.
96
Gambar 58. Fulleride dengan kisi fcc yang diolah dengan atom logam.
Di bawah pemanasan, penekanan, iradiasi, molekul fullerene dapat dikopolimerisasi dengan yang lain, yaitu ikatan antar molekul kimia yang kuat dapat dibuat. Namun karena simetri 5 ordo icosahedral, fullerenes tidak bisa menutup semua bungkusan ruang dan tidak dapat membuat fcc tertutup, bcc atau kisi lainnya. Oleh karena itu dari sudut pandang kimia kristal, fullerene adalah molekul yang mengalami deformasi. Semua polimerisasi dapat terbentuk adalah rantai polimer fullerene.
Seperti polimer supramolekul ditunjukkan untuk dibuat oleh eksitasi cahaya (Photopolymerization), di bawah suhu tinggi, tekanan, sinar elektron, et.al. Antara fullerenes, waktu ikatan kimia 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, dan 6- dapat dibuat. Struktur rantai polimer semacam itu diketahui berbeda bergantung pada ikatan puncak, tepi atau permukaan ikatan, misalnya Х-Х-Х adalah monopolimer, Х-У-Х-У-Х-У adalah kopolimer, ХХХ-УУУ-ХХХ-УУУ adalah kopolimer penghambat. Polimer rantai tersebut disarankan untuk membuat cabang, pohon, dan struktur rangka lainnya, yang dapat digunakan di industri ban.
Kimia fullerene, fullerites, fullerides dan polimernya memiliki perspektif yang hebat karena sifatnya dapat dimodifikasi secara luas oleh fungsi ini.
9. 6. Sintesis Fullerenes
Teknik pertama untuk sintesis fullerene yang diusulkan pada tahun 1984 oleh R. Smalley adalah metode ablasi laser (penguapan) (gambar 59) dengan mean buckyball С60 diperoleh dan diamati pada saat pertama. Pada tahun 1990 Kratschmer dan Huffman telah mengusulkan metode pelepasan busur (gambar 60) dengan mean bubuk fullerene yang terkandung disintesis dalam jumlah gram yang cukup untuk penelitian eksperimental.
97
Gambar 59. Set-up peralatan ablasi laser R.Smalley untuk sintesis fullerene.
Gambar 60. Set-up peralatan pelepas busur Kratschmer dan Huffman untuk sintesis fullerene. Di bawah tindakan iradiasi laser daya (gambar 59) atau pelepasan busur (gambar 60) sublimasi atau ablasi grafit target atau grafit elektroda terjadi selama karbon diuapkan dalam jenis atom, dimmer С2, cincin benzil С6, curullen С12 Dan kelompok lainnya Сn, n = 1-100. Produk ini dialiri gas inert ke substrat yang didinginkan. Dalam penerbangan spektrum massa diukur. Endapan (jelaga) pada substrat mengandung campuran fullerenes, bawang, nanotube, dan kelompok lain yang bergantung pada parameter teknologi. Tampak pada Gambar. 61 adalah contoh spektrum massa produk yang diperoleh dengan teknik arc-discharge yang dimodifikasi yang menunjukkan puncak yang terkait dengan C24, C28, C60, C70, dan rangkaian C76+2n, n = 0-40 kelompok.
Untuk penguapan target grafit, peralatan yang berbeda dapat digunakan, seperti plasmotron, balok ion, tungku surya, dan lain-lain.
98
Gambar 61. Massa spektrum fullerenes diperoleh dengan teknik arc-discharge yang dimodifikasi di IPMS NASU, Kiev. Puncak paling intensif dengan 820 a.u. Berkaitan dengan
cluster 820: 12 = 60 atom karbon, yaitu buckyball C60.
Untuk ekstraksi bahan kimia dari campuran fullerene, endapan yang diperoleh dipecahkan dalam toluol, etanol, atau pelarut lainnya yang selanjutnya diuapkan dengan memberikan kristal merah fullerites di bagian bawahnya. Perhatikan bahwa untuk setiap jenis fullerene diperlukan pelarut khusus.
Teknik ekstraksi fisik seperti sentrifugasi atau kromatografi juga digunakan. Pada kolom kromatografi penataan ulang kelompok yang berbeda tinggi sesuai dengan beratnya. Kemudian fraksi yang berbeda, khususnya fullerene, diekstraksi dari ketinggian kolom yang berbeda.
9. 7. Sifat Spektral C60
Optik harus tahu bahwa spektroskopi Raman adalah metode yang paling sederhana dan informatif untuk mempelajari spektrum getaran molekul. Eksitasi cahaya terjadi pada beberapa frekuensi ν, sementara hamburan terjadi pada frekuensi efek merah ω - ωi, atau frekuensi anti-efek ungu ω + ωi, di mana ωi adalah frekuensi alami getaran molekul. Molekul С60 memiliki 46 frekuensi alami. Tidak sesuai dengan teori kelompok, dekomposisi kelompok simetri glukosa icosahedral pada representasi yang dapat diremehkan memberikan jenis getaran berikut.
(39) Dimana g adalah genap, u adalah osilasi ganjil, titik bilangan pada urutan degenerasi. Diantaranya ada 10 mode aktif raman (2Ag + 8Hg) dan 4 infra merah aktif (4T1u), sedangkan sisanya adalah mode diam optik. Di antara mode aktif, seseorang dapat menekankan tiga mode yang paling aneh, yaitu mode pernapasan Ag1, mode radial ω = 492 сm-1, mode sejajar tangensial Ag2 ω = 1469 сm-1 dimana pentagons dikompres dan direntangkan secara periodik, dan elips Hg1 Mode squash ω = 273 cm-1, di mana atom di lokasi berlawanan diameter bergetar dalam antiphase.
Cara terakhir milik galeri yang disebut mode bisikan. Nama ini berasal dari akustik arsitektur, dimana suara tersebut disebarkan dalam barisan tiang atau kubah pada frekuensi resonansi khusus dengan atenuasi rendah. Yang terakhir berasal dari gangguan gelombang cincin
99
yang disebarkan dalam arah yang berlawanan, di mana bilangan bulat setengah gelombang terus berada di dalam panjang cincin, πd=nλ/2. Dalam fullerenes dan nanotube gelombang panjang mode bisikan ini ditentukan oleh panjang ikatan, λ/2 =acc. Pada n = 2 kita memiliki mode squash elips.
Eksitasi pada kisaran ultraviolet dapat berakibat tidak hanya pada osilasi tapi juga untuk menghancurkan fullerene. Sebenarnya dalam kasus gas XeCl-laser dengan λ = 308 nm, energi kuantum adalah E=hc/λ=4,1 eV, yang lebih kecil dari energi kohesif 7.4 eV, namun cukup untuk menghancurkan С60 pada penyerapan dua fonon.
9. 8. Aplikasi Fullerenes
Sampai hari penggunaan fullerenes masuk ke tahap awal aplikasi industri. Ribuan paten telah terdaftar di Amerika Serikat, Eropa, Jepang, dkk. Pada bahan, metode, dan alat fullerene.
Dalam optik, fullerenes diusulkan untuk digunakan untuk pencitraan elektrofotografik, filter optik, sensibilizator fotopolimer, bahan optik nonlinier. Dalam bidang elektronik fullerene digunakan sebagai lokomotip pelangsir molekul, dioda, transistor, resistor untuk litografi, komponen sel surya, perekam magnet-optik, perangkat photoelektronik. Di bidang militer fullerene digunakan sebagai pelapis optik dan penyerapan microwave untuk mencegah pesawat tebang dan rudal dari deteksi radar.
contoh adalah penguat fullerene ditunjukkan pada gambar. 62. Tegangan diterapkan ~ 20 mV piezokristal yang dikeluarkan, ujung digeser pada ~ 1 Angstrom, fullerene yang diperkecil sekitar ~ 15%, ketahanan berkurang, sedangkan tegangan output dalam sirkuit eksternal meningkat ca ~ 100 mV, i.e. ditingkatkan di ~ 5 kali pada hasil.
Gambar. 62. Susunan dari nanoamplifier pada dasar fullerene, dikembangkan di laboratorium Zurich IBM.
Pada awalnya banyak aplikasi yang mengumumkan tidak berasil menerapkan secara khusus. Pelumas fullerene berubah menjadi sangat mahal, ase superkonduktor dan aditif untuk dos bahan bakar rudal tidak memberikan keuntungan pokok atas bahan konvensional. secara presfektif, Aplikasi fullerene muncul pada bidang kimia analitik dan fungsional fullerene dengan pengaplikasiannya pada bidang biologi, kedokteran, dan nanobioteknologi.