Введение к работе
Актуальность проблемы. Вот уже более десяти лет, прошедших с момента открытия фуллеренов - углеродных кластеров, представляющих собой замкнутую поверхность, образованную только пяти- и шестиугольными гранями, и в которой все вершины являются трехфункциональнымн - процесс их образования является предметом многочисленных экспериментальных и теоретических исследований. Оказывается, что при определенных условиях, в особенности при дуговом методе получения, значительную часть продуктов синтеза составляют фуллерены и нанотрубы, — двумерные кластеры, образованные трехфункциональнымн атомами углерода. Помимо этого, основную часть так называемой фуллереновой сажи также составляют углеродные поверхности с кривизной. До сих пор не вполне ясны физические причины, приводящие в данных экспериментальных условиях (высокие начальные температура и давление углеродного пара, очень быстрое охлаждение и, следовательно, очень быстрые физические и химические процессы) к предпочтительному возникновению двумерных sp2-гибрндизованных углеродных структур, и почти полному отсутствию трехмерных (sp3) и линейных (sp) форм.
С механизмами образования тесно связана проблема изомеризации двумерных углеродных структур. В частности, один из постулированных механизмов формирования фуллеренов ("fullercne road") предполагает, что сначала образуется произвольный изомер с фиксированным числом атомов, который затем путем последовательных изомеризации переходит в наиболее энергетически выгодный изомер. Поскольку каждая такая процедура вызывает перестройку значительной части структуры, и поскольку это сопряжено с возникновением дополнительных напряжений в переходном состоянии (изменение геометрии и возникновение сильных напряжений, разрывы химических спязей), постольку энергетический барьер реакции изомеризации достаточно велик (~ 6.0эВ). Поэтому поиск альтернативных путей и механизмов изомеризации является весьма актуальным.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является исследование процесса образования и механизмов изомеризации фуллеренов. В работе сформулн-
рованы следующие основные задачи:
разработка подели процесса образования фуллереиов, основанной на предположении, что на начальной стадии процесса образующийся углеродный пар находится в пересыщенном состоянии;
проведение численного моделирования основных стадий процесса образования фуллереиов с использованием методов полуэмпирнческой квантовой химии;
разработка нотации фуллереиов, удобной для компьютерного моделирования;
поиск новых механизмов изомеризации двумерных решеток; разработка математического аппарата, позволяющего алгоритмизировать компьютерный поиск механизмов изомеризации.
Научная новизна работы.
Все представленные в диссертации результаты являются новыми и оригинальными. Предложен новый подход к изучению процесса образования фуллереиов, на основе которого разработана модель процесса. Предложена новая удобная система нотации фуллереиов. Разработанный подход к изучению механизмов изомеризации позволяет выявить новые перегруппировки, которые могут быть реализованы в реальных экспериментальных условиях. Все результаты опубликованы в ведущих российских и зарубежных журналах и получили высокую оценку специалистов.
Апробация работы. Часть результатов работы была представлена на международных конференциях: Materials Research Society Fall Meeting, Boston, 1994; 187th Meeting of the Electrochemical Society, Reno, Nevada, 1995; 2-nd and 3rd International Workshops r'Fullerenes and atomic clusters", St.Petersburg, Russia 1995, 1997; работа.обсуждалась на семинарах Отдела электроники органических материалов Института биохимической физики им.Н.М.Эмануэля РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора лите
ратуры, трех глав оригинальных исследований, выводов и списка цитированной
литературы из наименований. Работа изложена на страницах, содер-
жит рисунков и таблиц.
