Введение к работе
Актуальность работы. Как известно, легкие фуллерены (С60 и С70) находят в настоящее время широкое применение в самых различных областях науки и техники, а именно: материаловедении, механике, машиностроении, строительстве, электронике, оптике, медицине, фармакологии, пищевой и косметической промышленности и т.п. Однако, широкое применение последних зачастую тормозится практически полной несовместимостью легких фуллеренов с водой и водными растворами. Например, растворимость фуллерена С60 в воде при 25оС составляет 1.3х 10"11 г/л, а фуллерена С70 в тех же условиях - l.lxlO"13 г/л. Тоже относится и к большинству производных легких фуллеренов (галоген- [фтор-, хлор-, бром- и иод-], оксо-, амино-, карбоксо- и т.п.) - они, как правило, весьма малораствормы в воде и водных растворах.
Между тем водорастворимые формы производных фуллеренов находят самое широкое применение в машиностроении (в водорастворимых охлаждающих и антифрикционных составах), строительстве (в качестве растворимых присадок к цементам и бетонам), в медицине и фрамакологии (вследствие хорошей совместимости с водой, физиологическими растворами, кровью, лимфой, желудочным соком и т.д.), в косметологии (при использовании водных и водно-спиртовых основ), а также науки и технике.
Водорастворимые фуллерены являются многообещающими материалами для науки и техники. Это обуславливает особый интерес к доступным и простым методам синтеза водорастворимых фуллеренов в промышленном масштабе. Полигидроксилированный фуллерен, называемый фуллеренолом, обладающий простой структурой, удобной для практического применения, малой токсичностью, и возможностью дальнейшей модификации, в дополнении к выраженной способности к захвату радикалов, рассматривается как наиболее перспективный представитель водорастворимых фуллеренов.
Цены на индивидуальные фуллеренолы в настоящее время настолько высоки, что это делает их промышленное применение практически невозможным. Поэтому на практике весьма часто используются заметно более дешевые так называемые смешанные фуллеренолы, т.е. фуллеренолы с различным числом и типом функциональных групп, необязательно гидроксильного типа, а также смешанные фуллеренолы, содержащие компоненты с разным числом атомов С в фуллереновой основе (как правило, от 60 и до 96).
Цель работы.
Разработка методов синтеза и идентификации водорастворимых производных легкого фуллерена С70 - фуллеренола-70-d и смешанного фуллеренола - fullerenol-mix-ss, изучение основных физико-химических характеристик легких фуллеренолов и их водных растворов,
4 синтез и исследование материалов (бетонов, цемента, краски, метафосфатных стекол)
наномодифицированных легкими фуллеренолами. Научная новизна результатов:
-
Разработана методика синтеза водорастворимого производного легкого фуллерена С70 - фуллеренола-70-d, полученного методом прямого гетерогенно-каталитического окисления С70 в щелочной среде. Разработана методика синтеза смешанного фуллеренола, полученного методом прямого одностадийного окисления непосредственно из фуллереновой сажи - “фуллеренол-mix-ss”.
-
Проведен физико-химический анализ фуллеренола-70-d и фуллеренола-mix-ss методами электронной спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, масс-спектрометрии. Установлен фракционный состав фуллеренола-mix-ss и фуллеренола-70-d.
-
Изучены физико-химические свойства легких фуллеренолов (фуллеренола-mix-ss, фуллеренола-d, фуллеренола-70-d) и их водных растворов.
-
Синтезированы и исследованы бетон, лакокрасочные покрытия и метафосфтные стекла, модифицированные легкими фуллеренолами.
Практическая значимость.
1. Разработаны высокопроизводительные методы синтеза и экспресс-анализа легких
фуллеренолов и их смесей, позволяющих существенно понизить себестоимость производства
последних.
2. Изученные физико-химические свойства легких фуллеренолов и водных
растворов, такие как растворимость в воде, составы кристаллогидратов, плотность,
электропроводность, водородный показатель, рефракция и т.д., могут рассматриваться как
справочные данные и экспериментальная база для проведения последующих исследований.
3. Наномодифицированные фуллеренолами материалы обладают улучшенными
эксплуатационными характеристиками. В частности, у цементов наблюдается значительное
повышение прочности и удельной ударной вязкости; у лакокрасочных покрытий возрастает
адгезионная стойкость и снижается истираемость; наномодифицированные фуллеренолами
легкоплавкие стекла обладают нелинейно оптическими свойствами в ближней
ультрафиолетовой области и могут быть использованы в качестве материалов для эффективных
оптических затворов.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Методика синтеза и физико-химический анализ фуллеренола-70-d.
-
Методика синтеза и физико-химический анализ фуллеренола-mix-ss.
-
Физико-химические свойства легких фуллеренов.
5 4. Методика синтеза и исследование характеристик цементов, лакокрасочных
покрытий и метафосфатного стекла, модифицированных легкими фуллеренами.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов обеспечивались комплексным характером исследования, корректностью использования современных экспериментальных данных и методов, в убедительном согласии с имеющимися в литературе данными.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях: IV Российская конференция по наноматериалам «Нано 2011» (М., 2011), Научно-техническая конференция молодых ученых «Неделя науки-2011»(СПб, 2011), Научно-техническая конференция молодых ученых «Неделя науки-2012»(СПб, 2012), Всероссийская конференция «Менделеев-2012» (СПб, 2012).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 статей (из них 3 из списка рекомендованных ВАК), и 6 тезисов докладов на конференциях.
Объем и структура диссертации.
![Синтез, физико-химические свойства и реакционная способность производных аниона [B10H10]2-с заместителями оксониевого типа](/i/i/4423/294362.png "Синтез, физико-химические свойства и реакционная способность производных аниона [B10H10]2-с заместителями оксониевого типа Матвеев Евгений Юрьевич")
