Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов

Рассмотрено развитие плазменных методов синтеза фуллеренов, которые сейчас широко используются как в лабораторных, так и в промышленных условиях. Наряду с кратким рассмотрением начальной истории развития плазменных методов, в обзоре освещены также разработанные в последние годы новые подходы и конст...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Удовицкий, В.Г., Кропотов, А.Ю., Фареник, В.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2012
Назва видання:	Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101883
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов / В.Г. Удовицкий, А.Ю. Кропотов, В.И. Фареник // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 434-447. — Бібліогр.: 38 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-101883
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1018832016-06-09T03:02:35Z Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов Удовицкий, В.Г. Кропотов, А.Ю. Фареник, В.И. Рассмотрено развитие плазменных методов синтеза фуллеренов, которые сейчас широко используются как в лабораторных, так и в промышленных условиях. Наряду с кратким рассмотрением начальной истории развития плазменных методов, в обзоре освещены также разработанные в последние годы новые подходы и конструктивно-технологические решения, направленные на лучшее понимание механизмов плазменного синтеза фуллеренов и повышение его эффективности. Розглянуто розвиток плазмових методів синтезу фулеренів, які зараз часто використовуються як в лабораторних, так і в промислових умовах. Поряд з коротким розглядом початкової історії розвитку плазмових методів, в огляді розглянуто також розроблені в останні роки нові підходи і конструктивно-технологічні рішення, направлені на краще розуміння механізмів плазмового синтезу фулеренів та підвищення його ефективності. The plasma methods of fullerene synthesis, which are now the widely used both in laboratory and industrial conditions, are review. Along with a brief review of the initial history of the development of plasma methods, the survey covered also developed in recent years, new approaches and constructive-technological decisions aimed at better understanding of the mechanisms of plasma synthesis of fullerenes and increasing its efficiency. 2012 Article Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов / В.Г. Удовицкий, А.Ю. Кропотов, В.И. Фареник // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 434-447. — Бібліогр.: 38 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101883 620.3; 537.525.1; 544.07 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Рассмотрено развитие плазменных методов синтеза фуллеренов, которые сейчас широко используются как в лабораторных, так и в промышленных условиях. Наряду с кратким рассмотрением начальной истории развития плазменных методов, в обзоре освещены также разработанные в последние годы новые подходы и конструктивно-технологические решения, направленные на лучшее понимание механизмов плазменного синтеза фуллеренов и повышение его эффективности.
format	Article
author	Удовицкий, В.Г. Кропотов, А.Ю. Фареник, В.И.
spellingShingle	Удовицкий, В.Г. Кропотов, А.Ю. Фареник, В.И. Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов Физическая инженерия поверхности
author_facet	Удовицкий, В.Г. Кропотов, А.Ю. Фареник, В.И.
author_sort	Удовицкий, В.Г.
title	Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов
title_short	Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов
title_full	Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов
title_fullStr	Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов
title_full_unstemmed	Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов
title_sort	развитие плазменных методов синтеза фуллеренов
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101883
citation_txt	Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов / В.Г. Удовицкий, А.Ю. Кропотов, В.И. Фареник // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 434-447. — Бібліогр.: 38 назв. — рос.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT udovickijvg razvitieplazmennyhmetodovsintezafullerenov AT kropotovaû razvitieplazmennyhmetodovsintezafullerenov AT farenikvi razvitieplazmennyhmetodovsintezafullerenov
first_indexed	2025-07-07T11:31:16Z
last_indexed	2025-07-07T11:31:16Z
_version_	1836987583028002816
fulltext	434 ВВЕДЕНИЕ Открытие в 1985 г. фуллеренов [1], а затем об- наружение у них целого ряда уникальных свойств, ценных для широкого практического применения этих углеродных молекул, как в чистом виде, так и в составе многих новых материалов, быстро сделало очень актуаль- ной задачу дешевого производства фуллере- нов в достаточном количестве. С тех пор бы- ло выполнено большое количество научно- технологических исследований и разработок, однако, несмотря на достигнутые успехи, на данный момент нельзя утверждать, что эта задача удовлетворительно решена. В под- тверждение этому можно привести цены на фуллерены, которые производятся и реали- зуются известной американской фирмой “BuckyUSA”, работающей на данном рынке с 1993 г [2]. Стоимость фуллеренов С60 (чисто- та 99,9%) при минимальной фасовке (1 г) у них составляет 100 $/г, а фуллеренов С70 (чис- тота 99,0%) – 350 $/г. Не сильно отличаются цены и у других производителей. Ясно, что такая высокая цена чистых фуллеренов, пре- вышающая цену золота, является огромным препятствием на пути их широкого практи- ческого использования. После разработки Кретчмером и коллегами известного метода получения фуллеренов в макроскопическом количестве [3], вклю- чающим термическое испарение графитовых электродов (за счет их резистивного нагрева или в дуговом разряде) и экстракцию фулле- ренов из полученной сажи, плазменные ме- тоды получили значительное развитие. По данному вопросу уже опубликовано значи- тельное количество работ и ряд обзоров, на- пример [4, 5]. Это привело к тому, что плаз- менные методы сейчас являются одними из наиболее часто и широко используемых для целей промышленного синтеза фуллеренов. В настоящее время они продолжают дальше развиваться и совершенствоваться. Новая ин- формация продолжает быстро накапливаться. Это обеспечивает высокую актуальность об- зорных работ, посвященных данному вопросу. УДК 620.3; 537.525.1; 544.07 РАЗВИТИЕ ПЛАЗМЕННЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ФУЛЛЕРЕНОВ В.Г. Удовицкий, А.Ю. Кропотов, В.И. Фареник Научный физико-технологический центр МОН МС и НАН Украины (Харьков) Украина Поступила в редакцию 20.11.2012 Рассмотрено развитие плазменных методов синтеза фуллеренов, которые сейчас широко используются как в лабораторных, так и в промышленных условиях. Наряду с кратким рассмотрением начальной истории развития плазменных методов, в обзоре освещены также разработанные в последние годы новые подходы и конструктивно-технологические решения, направленные на лучшее понимание механизмов плазменного синтеза фуллеренов и повышение его эффективности. Ключевые слова: фуллерены, методы синтеза, плазменный синтез. Розглянуто розвиток плазмових методів синтезу фулеренів, які зараз часто використовуються як в лабораторних, так і в промислових умовах. Поряд з коротким розглядом початкової історії розвитку плазмових методів, в огляді розглянуто також розроблені в останні роки нові підходи і конструктивно-технологічні рішення, направлені на краще розуміння механізмів плазмового синтезу фулеренів та підвищення його ефективності. Ключові слова: фулерени, методи синтезу, плазмовий синтез. The plasma methods of fullerene synthesis, which are now the widely used both in laboratory and industrial conditions, are review. Along with a brief review of the initial history of the development of plasma methods, the survey covered also developed in recent years, new approaches and constru- ctive-technological decisions aimed at better understanding of the mechanisms of plasma synthesis of fullerenes and increasing its efficiency. Keywords: fullerenes, methods of synthesis, plasma synthesis.  В.Г. Удовицкий, А.Ю. Кропотов, В.И. Фареник, 2012 435ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 Целью настоящей работы является обзор последних разработок и достижений в об- ласти плазменного синтеза фуллеренов. Уде- ляя некоторое внимание истории развития плазменных методов, что важно для пони- мания динамики и направлений развития данного направления, авторы попытались осветить также разработанные в последнее время новые подходы и конструктивно-тех- нологические решения, направленные на лучшее понимания механизмов плазменного синтеза и повышение его эффективности. НАЧАЛЬНАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ Первые искусственно синтезированные фул- лерены были получены в эксперименте с ла- зерным облучением и испарением (в научных публикациях часто используется термин “ла- зерная абляция”) графитовой мишени в ат- мосфере гелия [1]. В лекции, прочитанной при вручении Нобелевской премии за открытие фуллеренов, один из ее лауреатов Р. Смолли по поводу того, как можно получить фулле- рены, отмечал: “мы понимаем теперь, что для создания многих миллиардов этих объектов с такими удивительными свойствами сим- метрии необходимо всего лишь получить пар из атомов углерода и дать ему сконденсиро- ваться в атмосфере гелия” [6]. Именно плаз- менные методы дают широкие возможности и варианты практической реализации данной идеи. Такой подход в нанотехнологии назы- вается “снизу-вверх”, т.е. он предполагает со- здание материальных объектов большего раз- мера из составляющих их атомов, молекул, кластеров и т.п. меньшего размера. Он явля- ется сейчас преобладающим среди большого разнообразия различных методов синтеза фуллеренов. Следует, однако, отметить, что сейчас известны уже и методы синтеза фул- леренов, использующие традиционный тех- нологический подход “сверху-вниз” (top- down) [7, 8], но они пока были реализованы без использования плазмы. Испарение графита при воздействии на него лучом импульсного лазера, как это было сделано первооткрывателями фуллеренов, не давало возможности получать их в макроско- пическом количестве, т.к. при каждом им- пульсном воздействии на графитовую мишень испарялась лишь незначительная часть угле- рода. Фуллерены в общей массе продуктов конденсации углеродного пара присутство- вали в очень незначительном количестве, и их наличие фиксировалось масс-спектромет- рическим методом. Поэтому исследователи начали искать более эффективные методы испарения твердого углерода и, естественно, обратили внимание на традиционные мето- ды – испарение при резистивном нагреве (на- грев за счет выделения джоулева тепла) и в дуговом разряде. Именно путем резистивного разогрева, в разреженной гелиевой атмосфере прижатых друг к другу с помощью пружины графитовых стержней В. Кретчмер с колле- гами испаряли углерод. Давление Не в их экс- периментах составляло ~100 торр. Устройст- во их установки показано на рис. 1 [9]. Затем углеродный пар конденсировался на оптически прозрачной пластинке и в образо- вавшемся налете сажи спектроскопическим методом были выявлены фуллерены [10]. Несколько позже им удалось выделить фулле- рены из такой сажи путем их экстракции бен- золом [11]. Такой метод получения фуллере- нов (синтез сажи за счет испарения с после- дующей конденсацией углерода из графито- вых электродов, а затем экстракция из нее Рис. 1. Установка Кретчмера для получения фуллеренов. В.Г. УДОВИЦКИЙ, А.Ю. КРОПОТОВ, В.И. ФАРЕНИК 436 фуллеренов) сейчас в литературе часто назы- вают “метод Кретчмера”. Следует отметить, что в зоне контакта двух прижатых друг к другу электродов может выделяться как джоулево тепло за счет протекания тока через контакт (в случае удовлетворительного электрическо- го контакта между электродами), так и тепло дугового разряда, который может образовать- ся в случае слабого прижатия электродов и большого контактного сопротивления между ними. Поэтому кроме резистивного испаре- ния графита В. Кретчмер с коллегами для по- лучения фуллеренсодержащей сажи исполь- зовали также контактный и бесконтактный дуговой разряд между графитовыми элект- родами [3, 12]. Фуллерены были совершенно новым и очень интересным объектом иссле- дований и поэтому после публикации работ [10, 11] начался так называемый “фуллерено- вый бум”, поскольку во многих лабораториях исследователи уже могли их получать и ис- следовать. СИНТЕЗ ФУЛЛЕРЕНОВ В ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ Синтез фуллеренов в дуговом разряде (ду- говой синтез, ARC synthesis), который являет- ся одним из большого семейства плазменных методов, несмотря на разработку уже и ряда других методов синтеза, по-прежнему оста- ется сейчас одним из наиболее популярных и часто используемых [13]. Это обусловлено его относительной простотой и высокой про- изводительностью. В процессе исследования дугового метода синтеза фуллеренов исследо- ватели пришли к выводу о предпочтительно- сти бесконтактного метода получения дуги, т.е. когда электроды не контактируют друг с другом, а находятся на некотором расстоянии, и дуга стабильно горит в зазоре между ними. В таком случае непосредственный контакт между электродами необходим только на начальном этапе процесса с целью зажигания дуги. Дальше электроды разводятся на опре- деленное расстояние, которое с целью обес- печения стабильного горения дуги следует поддерживать постоянным. Для этого в дуго- вых установках предусматривается устройст- во перемещения одного из электродов. Конс- труктивно дуговые установки могут испол- няться по-разному – с вертикальным или го- ризонтальным расположением электродов, с использованием двух и более электродов раз- личных размеров и формы, с обдувом или без обдува зоны дуги буферным газом, с нали- чием различного набора устройств контроля и автоматизации процесса и пр. Одна из ти- пичных схем дуговых установок для синтеза фуллеренов приведена на рис. 2 [14]. Когда дуга питается постоянным током, испаряется в основном анодный электрод. Углеродный пар уносится из зоны горения дуги и затем конденсируется на поверхности специальной охлаждаемой камеры и других поверхностях подколпачного устройства. Если в зоне дуги специально не обеспечива- ется поток буферного газа, то унос пара про- исходит только за счет конвективных пото- ков. В таком случае значительная часть угле- родного пара конденсируется на катоде, образуя нарост, – т.н. катодный депозит. На рис. 3 приведены снимки катодных депози- тов, образовавшиеся на катодах различных диаметров – соответствующих диаметру ис- пользовавшегося анода (6 мм, рис. 3а) и зна- чительно больших от него (50 мм, рис. 3б). Катодный депозит представляет собой струк- туру с твердой наружной оболочкой, внутри которой находится рыхлый углеродный ма- териал. Было установлено, что значительную часть оболочки и внутренней части катодно- го депозита составляют углеродные нанотру- бки и другие углеродные наноструктуры – ко- нуса, луковицы, частицы нанографита и пр., Рис. 2. Одна из типичных схем дуговых установок син- теза фуллеренов. РАЗВИТИЕ ПЛАЗМЕННЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ФУЛЛЕРЕНОВ ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 437ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 а фуллерены там практически отсутствуют. Поэтому конденсация углеродного пара на катодном депозите приводит к уменьшению выхода фуллеренов. Эффективным способом уменьшения скорости образования катодного депозита является обдув электродов в зоне ду- ги потоком инертного газа. При этом поток уносит углеродный пар в более низкотемпе- ратурную часть камеры, где условия для об- разования фуллеренов являются более под- ходящими [15]. Анализ многочисленных публикаций по- казывает, что содержание фуллеренов в про- дуктах дугового синтеза может колебаться в очень большом диапазоне – от долей до не- скольких десятков процентов. Смесь фулле- ренов, содержащихся в саже, состоит в ос- новном из С60 (около 90%) и С70 (около 10%), а содержание высших фуллеренов очень незначительно [4]. Скорость образования фул- леренов в дуговом процессе, а значит и их количественный выход, зависят от многих факторов, в частности, таких как: вида буфер- ного газа и его давления [16], электрических характеристик дуги и характера ее привязки к аноду [17], температуры плазмы и концент- рации электронов в ней [18], условий выноса углеродного пара из зоны дуги и его дальней- шего охлаждения [15] и пр. Считается, что буферный газ при дуговом синтезе фуллеренов необходим для гашения энергии атомов углерода и растущего углерод- ного кластера. Это необходимое условие для синтеза фуллеренов, поскольку атомы углеро- да в дуге имеют высокую энергию, препятст- вующую образованию стабильных кластеров. Процесс соединения отдельных углеродных фрагментов в большую молекулу также сопро- вождается выделением энергии. Установле- но, что наиболее подходящим буферным га- зом является гелий т.к. его атомы легкие и об- ладают при этом высокой эффективностью ту- шения колебаний возбужденных молекул. При использовании аргона или других инертных газов (криптон, ксенон и пр.) выход является более низким. В вакуумной дуге фуллерены не образуются, а присутствие в буферном газе водорода или кислорода снижает выход фул- леренов [19]. В работе [4] отмечается также, что азот, если он присутствует в плазме дуго- вого разряда, очень активен и может также существенно снизить эффективность генера- ции фуллеренов. На рис. 4 указаны области основных параметров дугового разряда (ток, давление гелия, межэлектродное расстояние) между графитовыми электродами диаметром 6 мм, при которых содержание фуллеренов в саже превышает 10% [20]. Как видно из дан- ного рис. 4, оптимальными параметрами ду- гового процесса в данном случае является: ток дуги 40 – 100 А, давление гелия 50 – 200 торр, межэлектродное расстояние 3 – 8 мм. Пока- занные на рис. 4 значения оптимальных пара- метров дугового процесса действительны для конкретной установки и носят только ориен- тировочный характер для других установок, а) б) Рис. 3. Катодный депозит на катодах различных диа- метров: 6 мм (а) и 50 мм (б). Диаметр анода, который использовался в дуговом процессе – 6 мм. Образцы синтезированы авторами в Научном физико-техно- логическом центре МОНМС и НАН Украины. В.Г. УДОВИЦКИЙ, А.Ю. КРОПОТОВ, В.И. ФАРЕНИК 438 т.к. в зависимости от их конструктивного ис- полнения, естественно, могут несколько из- меняться и оптимальные условия синтеза. Дуговой метод является наиболее подходя- щим также и для синтеза эндометаллофулле- ренов, т.е. молекул фуллеренов, содержащих внутри атомы различных металлов. Для син- теза эндометаллофуллеренов необходимо в углеродную дугу добавить небольшое коли- чество паров требуемого металла. Делается это путем использования композитного испа- ряющегося электрода (анода). Такой электрод изготавливают либо прессовкой порошка гра- фита, содержащего необходимые добавки, ли- бо путем высверливания отверстия по оси чистого графитового электрода с последую- щим заполнением его необходимыми добав- ками (порошками чистых металлов или их ок- сидов, карбидов и пр.). К настоящему вре- мени уже разработано много различных видо- изменений дугового синтеза фуллеренов. Кратко рассмотрим эти видоизменения. Синтез в импульсной дуге. Кроме постоя- нно горящей дуги синтез фуллеренов и других углеродных наноструктур может осуществ- ляться и в импульсном дуговом разряде. Схема установки для осуществления такой техно- логии синтеза приведена на рис. 5 [21]. Им- пульсная дуга зажигается между двумя гра- фитовыми электродами при подаче на них на- пряжения от специального источника импу- льсов напряжения с регулируемой амплиту- дой и скважностью. Электроды расположены в трубке из кварцевого стекла, которая, в свою очередь, находится внутри трубчатой печи, способной обеспечивать нагрев до 800 – 1200 °С. Внутри трубки при пониженном давлении создается контролируемый поток буферного газа, направленный от графитовых электродов к расположенному на другом кон- це трубки конденсатору-сборнику углеродно- го материала, который охлаждается водой. На данной установке при использовании соответствующих электродов возможно по- лучение не только углеродных наноструктур, но и кластеров различных тугоплавких метал- лов. В этом состоит ее некоторое сходство с установкой Р. Смолли, на которой впервые искусственно были синтезированы фулле- рены [6]. Только в данном случае распыление материала электрода осуществляется не лу- чом импульсного лазера, а за счет импульсов дугового разряда. Синтез при атмосферном давлении. Ду- говой синтез фуллеренов при низком давле- нии требует откачки камеры синтеза до высо- кого вакуума, а затем заполнения ее буферным газом при пониженном давлении. Такая тех- нология требует наличия соответствующего Рис. 4. Области основных параметров дугового разряда между графитовыми электродами диаметром 6 мм, при которых содержание фуллеренов в саже превышает 10%. Рис. 5. Схема установки для синтеза фуллеренов и дру- гих углеродных наноструктур с использованием им- пульсного дугового разряда. РАЗВИТИЕ ПЛАЗМЕННЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ФУЛЛЕРЕНОВ ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 439ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 вакуумного оборудования, достаточно энер- гоемка и связана с значительными затратами труда и времени. Этих недостатков в значи- тельной мере лишен метод дугового синтеза в потоке инертного газа при атмосферном давлении. При увеличении скорости потока буферного газа в зоне дуги ее свойства изме- няются (в частности, увеличивается длина ду- га) и при этом также изменяются условия син- теза. Было также установлено, что для синтеза фуллеренов может успешно использоваться не только традиционная плазма дуги посто- янного тока или тока промышленной часто- ты, но и более высокочастотная плазма (44 – 440 кГц) в потоке гелия при атмосферном дав- лении [22, 23]. В работе [24] приведены ре- зультаты сравнительного исследования син- теза фуллеренов в потоке гелия при атмосфер- ном давлении с использованием 3-х видов питания дуги: постоянным током и перемен- ным током с частотой 50 Гц или 44 кГц. Эф- фективнее всего фуллерены образовывались при питании дуги током с частотой 44 кГц. При использовании такой частоты питаю- щего напряжения было также замечено влия- ние геометрических размеров камеры на вы- ход фуллеренов. Их максимальный выход (9 мас.%) наблюдали в камере диаметром 20 см и высотой 15 см. Это авторы объясняют тем, что в камере с такими размерами плазма была стратифицирована, т.е. в ней образовы- вались ионизационные волны и имел место плазменный резонанс, что положительно влияло на процесс синтеза. Сейчас активно ведутся поиски различных технологических параметров дугового процесса при атмосфер- ном давлении с целью получения максималь- ного выхода фуллеренов или других углерод- ных наноструктур. Интересным направлени- ем исследований, в частности, является ис- пользование различных комбинированных методов питания дуги. В [23] описан способ повышения производительности установки путем применения комбинированного пита- ния постоянным током и переменным током килогерцового диапазона частот (рис. 6). В [25] высокочастотное напряжение пи- тания дуги (44 кГц) модулировалось низкочас- тотным напряжением в диапазоне 0 – 10 кГц. Оказалось, что введение низкочастотной мо- дуляции высокочастотного напряжения пита- ния дуги позволяет увеличить содержание фуллеренов (рис. 7). Без модуляции, т.е. когда частота равнялась нулю, содержание фуллере- нов составляло 5%, а при резонансной часто- те модуляции 5.3 кГц содержание фуллеренов достигало 8.4%. Дуговой синтез фуллеренов может быть реализован не только тогда, когда дуга горит между двумя графитовыми электродами, ко- торые при этом испаряются и являются ис- точником углеродного пара. В работе [26] дугу зажигали между двумя электродами из вольф- рама, диаметром 6 мм. Электроды находи- лись в камере, продуваемой при атмосферном давлении газовой смесью из аргона, насы- щенного парами бензола (С6Н6), который яв- лялся источником углерода при синтезе. Дуга питалась от генератора переменного напря- Рис. 6. Схема подключения источников питания к ус- тановке при комбинированном питании дуги пере- менным и постоянным током. Рис. 7. Влияние частоты модуляции высокочастотного напряжения дуги на содержание фуллеренов в угле- родном конденсате. В.Г. УДОВИЦКИЙ, А.Ю. КРОПОТОВ, В.И. ФАРЕНИК 440 жения 380 В с частотой 50 Гц. Мощность ге- нератора позволяла обеспечивать ток дуги в диапазоне от 6 до 20 А. В качестве прекур- соров возможно использование и других уг- леродсодержащих соединений. Дуговой синтез в жидких средах. В насто- ящее время также ведутся исследования дуго- вого метода получения различных углерод- ных наноструктур в жидких средах – воде, уг- леродсодержащих жидкостях и даже в сжи- женных газах, например, в жидком азоте или гелии. К основным особенностям дугового синтеза в жидких средах относятся [27, 28]: 1) высокая температура в зоне электрической дуги; 2) высокая скорость охлаждения продуктов распыления; 3) высокая степень диспергирования полу- чаемых углеродных наноструктур; 4) большая скорость зародышеобразования при малой скорости роста частиц. Такие особенности данного метода позво- ляют получить дополнительную информа- цию, касающуюся механизмов образования углеродных наноструктур, т.к. условия их син- теза в жидких средах существенно отличают- ся от условий синтеза в газовых средах при пониженном и атмосферном давлениях. Сле- дует отметить, что рассмотренный выше син- теза фуллеренов и других углеродных нано- структур в жидких средах сейчас находится на этапе разработки и всестороннего иссле- дования. Широкого промышленного исполь- зования он пока еще не имеет. Синтез в плазменных струях. Одной из главных задач, которую постоянно решают разработчики технологий и установок для синтеза фуллеренов, является задача повыше- ния их производительности, т.е. достижения как можно более высокого выхода фуллерен- содержащей сажи и содержания фуллеренов в ней. Достигнуть этого можно различными способами, например, за счет увеличения ко- личества углерода в плазме, увеличения объе- ма плазмы с оптимальными для образования фуллеренов параметрами, максимального за- медления процессов деструкции образовав- шихся молекул фуллеренов путем быстрого выведения их из высокотемпературных учас- тков плазмы и зоны интенсивного УФ излу- чения дуги и пр. Эти способы могут быть ус- пешно реализованы при синтезе фуллеренов в плазменном потоке (плазменной струе, plas- ma jet). Синтез в струе дуговой плазмы (arc- jet plasma synthesis) c использованием различ- ных источников питания дуги и различных углеродных прекурсоров сейчас активно раз- вивается, т.к. он позволяет создавать мощные промышленные установки синтеза фуллерен- содержащей сажи в больших количествах. В зависимости от режимов получения плазмы технологические процессы синтеза в плаз- менной струе можно разделить [29] на четыре основные группы: 1 – процессы, в которых плазма генерируется постоянным электриче- ским током; 2 – плазма генерируется перемен- ным электрическим током различной часто- ты; 3 – используется радиочастотная индук- тивно-связанная плазма; 4 – используется гибридная плазма, представляющая собой совмещение различных видов плазмы, на- пример, дуговой плазмы постоянного тока и индуктивно-связанной плазмы и пр. Весьма ценной особенностью синтеза фуллеренов в плазменных струях является возможность значительного увеличения концентрации уг- лерода в плазме. Это легко достигается за счет инжекции в плазменную струю мелкодис- персных частиц сажи, графита или жидких углеводородов. При возгонке или испарении этих частиц образуется углеродный пар, ко- торый ионизируется и обогащает углеродом плазму, образованную ранее в горящей меж- ду графитовыми электродами дуге. Техни- ческие устройства для получения и практи- ческого использования плазмы в различных технологических процессах называют плаз- мотронами. Рассмотрим устройство ряда ус- тановок с плазмотронами, которые применя- ются для синтеза фуллеренов в плазменной струе. На рис. 8 схематично показано устрой- ство установки с дуговым плазмотроном, пи- таемым постоянным током [30]. Плазма в дан- ной установке генерируется в дуговом разряде между штыревым катодом 1 из вольфрама и окружающим его кольцевым водоохлаж- даемым анодом 2 из меди. Плазменная струя образуется за счет подачи в плазмотрон инер- тного газа через отверстия 3 в катоде и 4, 5 в РАЗВИТИЕ ПЛАЗМЕННЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ФУЛЛЕРЕНОВ ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 441ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 аноде. Питание дуги осуществляется от мощ- ного источника постоянного тока 7, а конден- сация из плазменной струи углеродных нано- частиц происходит в водоохлаждаемой ка- мере 8, в которой расположен съемный сбор- ник 9. Мелкодисперсная газопылевая смесь углеродного прекурсора (ацетиленовой сажи) с инертным газом образуется в камере 10 при пропускании через нее регулируемого потока газа из баллона. Эта смесь инжектируется в зону дуги через отверстие 6; для этого также могут использоваться отверстия 3, 4, 5. Авто- ры [30] сообщают о довольно низком выходе фуллеренов на такой установке – всего около 2%. Такой низкий выход может быть связан с тем, что не были найдены оптимальные усло- вия синтеза, к которым относятся, например, па-раметры дугового разряда, скорость потока инертного газа, количественное содержание в газовом потоке частиц прекурсора и их дис- персность, условия охлаждения плазменной струи и пр. Существенно больший выход фул- леренов был получен на установке с 3-х фаз- ным дуговым плазмотроном переменного тока [31, 32]. В данной установке углеродная плазма изначально образуется в дуге между тремя графитовыми электродами, а затем она еще дополнительно обогащается углеродом за счет введения в нее смеси плазмообразую- щего газа с мелкодисперсными графитом. Схе- ма установки и ее фотография показаны на рис. 9. Дуговой разряд в системе из 3-х гра- фитовых электродов последовательно зажи- гается и гаснет между парой соседних элект- родов, поорчередно пробегая все три пары электродов за половину периода питающего напряжения. При электрической мощности плазмотрона 260 кВт производительность получения фуллеренсодержащей сажи на данной установке могла достигать 1кг/час с содержанием фуллеренов в саже до 5%. Пре- имуществом данной установки также явля- ется то, что она может длительное время не- прерывно работать в замкнутом цикле без вы- броса каких-либо продуктов производства в окружающую среду. СИНТЕЗ ФУЛЛЕРЕНОВ С ИСПОЛЬЗО- ВАНИЕМ ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМЫ Синтез фуллеренов может быть выполнен и с использованием индуктивно-связанной плазмы, которую в литературе также часто на- Рис. 8. Устройство установки синтеза фуллеренов в плазменной струе с дуговым плазмотроном посто- янного тока. а) б) Рис. 9. Схема установки с 3-х фазным дуговым плазмо- троном (а) и ее фотография (б). В.Г. УДОВИЦКИЙ, А.Ю. КРОПОТОВ, В.И. ФАРЕНИК 442 зывают просто индукционной плазмой. Пла- зма этого типа является безэлектродной, т.к. она возбуждается и поддерживается пере- менным магнитным полем, создаваемым в камере при помощи индукционной катушки- индуктора, витки которой могут находиться вне этой камеры. Поэтому данная плазма яв- ляется более чистой по сравнению с плазмой, генерируемой с помощью электродов, нахо- дящихся в камере синтеза. Безэлектродная генерация плазмы дает возможность исполь- зования любых, даже химически активных прекурсоров. Они могут вводиться в реактор в любом виде, например, в виде мелкодис- персных твердых частичек, микрокапелек жидкости, пара или газа. К преимуществам индукционной плазмы по сравнению с дуго- вой плазмой следует отнести также возмож- ность введения в нее значительной мощности и получения большего объема плазмы при хо- рошей воспроизводимости и управляемости процесса ее генерации. В исследованиях, ка- сающихся синтеза фуллеренов с помощью индуктивно-связанной плазмы, использова- лись переменные электромагнитные поля различных частот, лежащих в диапазоне от 200 кГц до 40 МГц. Электрическая мощность использовавшихся генераторов в лаборатор- ных установках составляла обычно 30 – 50 кВт, но проводились отдельные испыта- ния также и при более высокой мощности – до 1 мВт [29]. К недостаткам установок с ин- дукционной плазмой следует отнести их более высокую сложность и дороговизну, что касается, прежде всего, мощных генераторов возбуждения, необходимых для их работы. Эксплуатация таких установок в случае ис- пользования в них высоких частот и мощнос- тей также сопряжена с трудностями, связан- ными с необходимостью надежного обеспе- чения их безопасности для людей, а также отсутствия генерации радиопомех. В [33, 34] выполнено сравнительное исследование процессов синтеза фуллеренов в дуговой пла- зме (дуга горела между графитовыми электро- дами) и в радиочастотной индукционной плазме, в которую инжектировали порошок графита. Было установлено, что содержание фуллеренов в саже, полученной в дуговом ре- акторе, составляло 13%, а в реакторе с индук- ционной плазмой – 4.1%. Однако, при этом скорость (производительность) образования фуллеренов в дуговом реакторе составила 1.7 г/час, а в индукционном – 6.4 г/час. СИНТЕЗ ФУЛЛЕРЕНОВ С ИСПОЛЬЗО- ВАНИЕМ ГИБРИДНОЙ ПЛАЗМЫ Анализ преимуществ и недостатков техноло- гий синтеза фуллеренов с использованием различных видов плазмы привел исследова- телей к решению о целесообразности разра- ботки установок с гибридной плазмой, т.е. плазмой, возбуждаемой и поддерживаемой различными способами. В таком случае ста- раются реализовать такие конструктивно-тех- нологические решения, которые позволили бы максимально использовать преимущества и свести к минимуму недостатки каждого спо- соба генерации плазмы. Хорошие возмож- ности эффективного синтеза фуллеренов дает сочетание дугового и индукционного разря- дов. Одна из возможных схем установок син- теза фуллеренов с гибридной (дуговой и ин- дуктивно-связанной плазмой) приведена на рис. 10 [35]. В данной установке углеродный пар образовывался при испарении мелко- дисперсных частиц графита (размер фракции до 10 мкм), вводимых с потоком аргона в ду- говой разряд постоянного тока мощностью Рис. 10. Схема установки синтеза фуллеренов с гибрид- ной плазмой – дуговой и индуктивно-связанной. РАЗВИТИЕ ПЛАЗМЕННЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ФУЛЛЕРЕНОВ ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 443ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 5 кВт. Продукты дуги далее поступали в реак- тор с индукционным разрядом мощностью 20 кВт и частотой 4 МГц. Давление аргона в реакторе составляло 260 ÷ 760 торр. Содержа- ние фуллеренов в полученной таким образом саже достигало 7%. СИНТЕЗ ФУЛЛЕРЕНОВ С ИСПОЛЬЗО- ВАНИЕМ ПЛАЗМЫ, ГЕНЕРИРУЕМОЙ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ При взаимодействии лазерного излучения с веществом мишени происходит превращение энергии оптического излучения в тепловую энергию, что при достаточной мощности ла- зерного луча приводит к испарению вещества мишени. Этот процесс получил название лазерная абляция. Термин “абляция” является многозначным физическим термином и в данном случае под ним подразумевают про- цесс уноса вещества с поверхности. Лазерная абляция графита достаточно широко исполь- зуется в технологии получения различных углеродных материалов. Впервые фуллерены были искусственно синтезированы именно методом лазерной абляции графитовой ми- шени. При лазерной абляции графита – как в вакууме, так и в среде буферных газов, обра- зуется факел т.н. лазерной углеродной плаз- мы. В процессе расширения и охлаждения этого плазменного факела и происходит об- разование молекул фуллеренов. Поэтому син- тез фуллеренов данным методом вполне обо- снованно относят к плазменным методам синтеза. Одна из первых установок для син- теза фуллеренов с использованием лазерной абляции графита была описана в [36]. Схема- тично ее устройство показано на рис. 11. Как отмечали авторы-разработчики данной уста- новки, основным фактором, препятствующим эффективному образованию фуллеренов, бы- ла большая скорость охлаждения плазменного факела. Эта трудность была устранена путем помещения реактора с мишенью в печь, кото- рая обеспечивала наружный нагрев реактора до оптимальной для синтеза температуры ~1200 °С. Для процесса лазерного испарения в отличие от других методов нагрева образца характерен быстрый локальный нагрев до очень высоких температур, за которыми сле- дует выброс вещества из прогретой области [37]. Еще одной особенностью синтеза фул- леренов методом лазерной абляции углерод- ной мишени является эффект экранирования мишени от лазерного луча образующимся ла- зерным факелом. Устраняется это путем обду- ва мишени потоком буферного газа. В работе [38] приведены результаты синтеза фуллере- нов при использовании испарения графита стационарным СО2-лазером и его сравнения с синтезом в дуге постоянного тока. Оказа- лось, что скорость образования фуллеренсо- держащей сажи при лазерной абляции су- щественно зависит от соотношения диамет- ров лазерного луча и мишени. Обусловлено это существенно разной скоростью выноса углеродного пара из зоны испарения в случае, когда мишень выжигается полностью (диа- метр луча приблизительно соответствует диа- метру мишени), или когда в мишени выжига- ется отверстие (диаметр луча существенно меньше диаметра мишени). Во втором случае повысить эффективность синтеза можно за счет перемещения луча по поверхности ми- шени. На рис. 12 приведена зависимость ско- рости образования фуллеренсодержащей са- жи от расходуемой электрической мощности при давлении гелия 100 торр. На данном графике кривая 1 – для лазерного испарения при большом диаметре графитовой мишени; 2 – при малом диаметре мишени; 3 – луч пе- ремещался по мишени большего диаметра со скоростью 24 см/с; 4 – испарение графита в дуге. Приведенные на рис. 12 зависимости сви- детельствуют о более высокой “энергетичес- кой цене” фуллеренов, полученных лазерным методом, по сравнению с фуллеренами, полу- ченными дуговым методом. Естественно, что при оптимизации конструктивно-техноло- Рис. 11. Схема установки синтеза фуллеренов методом лазерной абляции графита. В.Г. УДОВИЦКИЙ, А.Ю. КРОПОТОВ, В.И. ФАРЕНИК 444 гических параметров энергопотребление при лазерном синтезе фуллеренов может быть снижено, однако, все равно будет сравнитель- но высоким, а реализация метода является до- статочно сложной. Это является одной из гла- вных причин того, что в настоящее время ла- зерный метод синтеза не используется для це- лей крупномасштабного промышленного синтеза фуллеренов, а применяется в основ- ном в научно-исследовательских целях. ВЫВОДЫ За последние 20 лет было выполнено много исследований и разработок, посвященных вопросам синтеза фуллеренов, в частности, в большом количестве, т.е. в промышленных масштабах. Плазменные методы для этой це- ли являются одними из наиболее подходящих и часто используемых. Из данного обзора видно, что плазменные методы синтеза фул- леренов обладают высоким многообразием и гибкостью, позволяют масштабировать тех- нологический процесс производства и на- дежно им управлять, что является важными преимуществами в конкуренции с другими методами. Это является еще одним под- тверждением того, что плазменные методы сейчас широко вошли в науку и технику как эффективный многофункциональный инст- румент для решения различных технологи- ческих задач. Вместе с тем, следует отметить, что в настоящее время, несмотря на большое количество выполненных работ и достигну- тые результаты, плазменные методы синтеза фуллеренов еще далеки от совершенства. Они нуждаются как в дальнейшем изучении физи- ко-химических процессов и механизмов, ле- жащих в их основе, так и в разработке новых конструктивно-технологических решений, направленных на повышение выхода фулле- ренов, а также снижение энергопотребления и других производственных затрат, от чего существенно зависит цена производства фул- леренов. Несомненно, что в решении данных вопросов будет наблюдаться постоянный прогресс и уже в недалеком будущем стои- мость фуллеренов перестанет быть сущест- венным препятствием на пути их широкого практического использования. ПРИМЕЧАНИЕ Работа выполнена в рамках госбюджетной НИР № 0110U001258, финансируемой Мини- стерством образования и науки, молодежи и спорта Украины. Авторы благодарны Талиашвили А.И., студенту физико-технического факультета Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина, за техническую помощь в компьютерном редактировании использо- ванных иллюстраций. ЛИТЕРАТУРА 1. Kroto H.W., Heath J.R., O’Brien S.C. et. al. C60: Buckminsterfullerene//Nature. – 1985. – Vol. 318, № 6042. – Р. 162-163. 2. Bucky USA Price List. Электронный ресурс, режим доступа: http://buckyusa.com/Price%20 List.pdf. 3. Kratschmer W. The story of making fullerenes //Nanoscale.–2011.– Vol. 3, № 6.– Р. 2485-2489. 4. Чурилов Г.Н. Плазменный синтез фуллеренов //Приборы и техника эксперимента. – 2000. – № 1. – С. 5-15. 5. Keun Su Kim, Gervias Soucy Plasma synthesis of fullerenes. Chapter 21 in: Handbook of nano- physics. Clusters and fullerenes/Ed. Sattler K.D., CRC Press, 2010. – 909 p. 6. Смолли Р.Е. Открывая фуллерены//УФН. – 1998. – Т. 168, № 3. – С. 323-342. 7. Jang J., Oh J.N. A Top-Down Approach to Fulle- rene Fabrication Using a Polymer Nanoparticle Precursor//Advanced Materials.–2004. – Vol. 16. – № 18. – Р.1650-1653. Рис. 12. Зависимость скорости образования фуллерен- содержащей сажи от вкладываемой электрической мо- щности при давлении гелия 100 торр. Кривая 1 – для лазерного испарения при большом диаметре графито- вой мишени; 2 – при малом диаметре мишени; 3 – луч перемещался по мишени большего диаметра со ско- ростью 24 см/с; 4 – испарение графита в дуге. РАЗВИТИЕ ПЛАЗМЕННЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ФУЛЛЕРЕНОВ ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 445ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 8. Chuvilin A., Kaiser U., Bichoutskaia E. et. al. Direct transformation of graphene to fullerene// Nature chemistry. – 2010. – Vol. 2, № 450. – P. 450-453. 9. Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевс- кий А.Я. и др. Фуллерены: учебное пособие. – М.: изд-во Экзамен, 2005. – 688 с. 10. Kratschmer W., Fostiropoulos K., Huffman D. The Infrared and Ultraviolet Absorption Spectra of Laboratory-produced Carbon Dust: Evidence for the Presence of the С60 Molecule//Chem. Phys. Lett. – 1990. – 170. – Р. 167-170. 11. Kratshmer W., Lamb L.D. Fostiropoulos K. еt. al. Solid C60: a new form of carbon//Nature. – 1990. – Vol. 347, № 6291. – Р. 354-358. 12. Kratschmer W. Formation fullerenes. Ch.2. – P. 7-29, from: Natural Fullerenes and Related Structures of Elemental Carbon/Frans J.M. Riet- meijer (Ed-rs), 2006. – 295 p. 13. Churilov G.N. Synthesis of Fullerenes and Other Nanomaterials in Arc Discharge//Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. – 2008. – Vol. 16. – P. 395-403. 14. Haufler, R.E. Techniques of fullerene production. In: K.M. Kadish and R.S. Ruoff (Eds) Fullere- nes: Recent advances in the chemistry and phy- sics of fullerenes and related materials. – 1994. – Electrochem. Soc. Proc. – P. 94-24, P. 50-67, The Electrochemical Society, Inc. 15. Касумов М.М., Покропивный В.В. Повыше- ние выхода фуллеренов в дуговом разряде под действием потока газа в полом электроде// Журнал технической физики. – 2007. – Т. 77, Вып. 7. – С. 136-138. 16. Алексеев Н.И., Дюжев Г.А. Дуговой разряд с испаряющимся анодом (Почему род буфер- ного газа влияет на процесс образования фул- леренов)//ЖТФ. – 2001. – Т. 71, Вып. 10. – С. 41-49. 17. Афанасьев Д., Блинов И., Богданов А. и др. Образование фуллеренов в дуговом разряде //ЖТФ. – 1994. – Т. 64, № 10. – C. 76-90. 18. Churilov G.N., Novikov P.V., Lopatin V.A. et. al. Electron density as the main parameter influencing the formation of fullerenes in a carbon plasma// FTT. – 2002. – Vol. 44, No. 3. – С. 406-409. 19. Афанасьев Д.В., Богданов А.А., Дайнин- гер Д. и др. образование фуллеренов в дуго- вом разряде в присутствии водорода и кисло- рода//ЖТФ.–1999.– Т. 69, Вып. 12.– С. 48-51. 20. Богданов А.А., Дайнингер Д., Дюжев Г.А. Пер- спективы развития промышленных методов производства фуллеренов//ЖТФ. – 2000. – Т. 70, Вып. 5. – С. 1-7. 21. Toshiki Sugai, Hideki Omote, Shunji Bandow, Nobuo Tanaka, Hisanori Shinohara Production of fullerenes and single-wall carbon nanotubes by high-temperature pulsed arc discharge// Journal of chemical physics. – 2000. – Vol. 112, No. 13. 22. Чурилов Г.Н. Основные закономерности и механизмы образования фуллеренов в плазме дугового разряда и разработка методики их получения при атмосферном давлении. – Автореф. дисс. дтн, Красноярск, 2002. 23. Лопатин В.А. Синтез фуллеренов при атмо- сферном давлении. – Автореф дис к.ф-м. н., Красноярск, 2005. – 23 с. 24. Bulina N.V., Lopatin V.A., Novikov P.V. et. al. Fullerene synthesis in helium flow at atmospheric pressure//Hydrogen Materials Science and Che- mistry of Carbon Nanomaterials NATO Security through Science Series. – 2007. – Vol. 3/2006. – P. 269-274. 25. Осипова И.В. Получение и свойства нанодис- персных форм углерода в плазме ВЧ дуги с НЧ модуляцией. – Автореф дис к.ф-м. н., Красноярск, 2009. – 20 с. 26. Zhao S., Hang R., Luo Z. et. al. Carbon nanostruc- tures production by AC arc discharge plasma pro- cess at atmospheric pressure//Journal of Nano- materials (Hindawi Publishing Corporation). – 2011. – Vol. Article ID 346206. – P. 6. 27. Schur D.V., Dubovoy A.G., Zaginaichenko S.Yu., et. al. Production of carbon nanostructures by arc synthesis in the liquid phase//Carbon. – 2007. – Vol. 45, № 6. – Р. 1322-1329. 28. Abdul Qader D. Faisal, Aysar S. Keiteb, Mufe- ed A. Jaleel Synthesis of Carbon Nanomaterials in Deionized Water with and without Catalyst Using Arc Discharge Technique//Eng&Tech. Journ. – 2011. – Vol. 29, No. 2. – Р. 240-252. 29. Kim K.S., Soucy S. Plasma synthesis of fulle- renes. – in: Handbook of Nanophysics. Clusters and fullerenes/Eb. K.D. Sattler. – CRC Press, 2011. – 909 p. 30. Dubrovsky R., Bezmelnitsyn V., Eletskii A. Plas- ma fullerene production from powdered carbon black//Carbon. – 2004. – Vol. 42. – P. 1063-1066. 31. Fulcheri L., Schwob Y., Fabry F., et. al. Fullerene production in a 3-phase AC plasma process// Carbon. – 2000. – Vol. 38. – P. 797-803. 32. Fabry F., Gruenberger T.M., Aguilaret J.G. et. al. Continuous mass production of fullerenes and fullerenic nanoparticles by 3-phase AC plasma processing//Proc. NSTI-Nanotech. – 2005. – Vol. 2. – P. 201-204. В.Г. УДОВИЦКИЙ, А.Ю. КРОПОТОВ, В.И. ФАРЕНИК 446 33. Todoroviƒ-Markoviƒ B., Markoviƒ Z., Mo- hai I. et. al. Comparative process analysis of fulle- rene production by the arc and the radio- frequency discharge methods//J. Nanosci Na- notechnol. – 2007. – Vol. 7 (4 – 5). – P. 1357-69. 34. Todoroviƒ-Markoviƒ B., Markoviƒ Z., Mo- hai I. et. al. Comparative Analysis of Carbon Plasma in Arc and RF Reactors//AIP Conf. Proc. – 2004. – Vol. 740. – P. 328-339. 35. Yoshie K., Kasuya S., Eguchi K. et. al. Novel method for C60 synthesis: A thermal plasma at atmospheris pressure//Appl. Phys. Lett. – 1992. – Vol. 61, No. 23. – P. 2782-2783. 36. Lieber M.C., Chen C.C. Preparation of fullerenes and fullerene-based materials//Solid State phy- sics. – 1986. – Vol. 48. – P.109-148. 37. Ходорковский М.А., Мурашов С.В., Люб- чик С.Б. и др. Особенности процессов класте- ризации молекул фуллеренов при лазерной абляции//Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Физ.-мат. науки. – 2011. – № 3 (129). – С. 50-56. 38. Афанасьев Д.В., Баранов Г.А., Беляев А.А. и др. Получение фуллеренов при испарении графита стационарным СО2-лазером//Пись- ма в ЖТФ.– 2001. –Т. 27, Вып. 10.– С. 31-36. LITERATURA 1. Kroto H.W., Heath J.R., O’Brien S.C. et al. C60: Buckminsterfullerene//Nature. –1985. – Vol. 318, № 6042. – Р. 162-163. 2. BuckyUSA Price List. Elektronnyj resurs, rezhim dostupa:<http://buckyusa.com/Price%20 List.pdf>. 3. Kratschmer W. The story of making fullerenes //Nanoscale.– 2011.–Vol. 3, № 6.– Р. 2485-2489. 4. Churilov G.N. Plazmennyj sintez fullerenov//Pri- bory i tehnika eksperimenta. – 2000. – № 1. – S. 5-15. 5. Keun Su Kim, Gervias Soucy Plasma synthesis of fullerenes. Chapter 21.– in: Handbook of nanophysics. Clusters and fullerenes/Ed. Sat- tler K.D., CRC Press, 2010. – 909 p. 6. Smolli R.E. Otkryvaya fullereny//UFN. – 1998. – T. 168, № 3. – S. 323-342. 7. Jang J., Oh J.N. A Top-Down Approach to Ful- lerene Fabrication Using a Polymer Nanoparticle Precursor//Advanced Materials. – 2004.–Vol. 16. – № 18. – Р. 1650-1653. 8. Chuvilin A., Kaiser U., Bichoutskaia E. et. al. Direct transformation of graphene to fullerene// Nature chemistry. – 2010. – Vol. 2, № 450. – P. 450-453. 9. Sidorov L.N., Yurovskaya M.A., Borschevs- kij A.Ya. i dr. Fullereny: uchebnoe posobie. – M.: izd-vo Ekzamen, 2005. – 688 s. 10. Kratschmer W., Fostiropoulos K., Huffman D. The Infrared and Ultraviolet Absorption Spectra of Laboratory-produced Carbon Dust: Evidence for the Presence of the S60 Molecule//Chem. Phys. Lett. – 1990. – Vol. 170. – Р. 167-170. 11. Kratshmer W., Lamb L.D. Fostiropoulos K. et. al. Solid C60: a new form of carbon//Nature. – 1990. – Vol. 347, № 6291. – Р. 354-358. 12. Kratschmer W. Formation fullerenes. Ch.2. – P. 7-29, from: Natural Fullerenes and Related Structures of Elemental Carbon/Frans J.M. Rietmeijer (Ed-rs), 2006. – 295 p. 13. Churilov G.N. Synthesis of Fullerenes and Other Nanomaterials in Arc Discharge//Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. – 2008. – Vol. 16. – P. 395-403. 14. Haufler, R.E. Techniques of fullerene production. In: K.M. Kadish and R.S. Ruoff (Eds) Fulle- renes: Recent advances in the chemistry and phy- sics of fullerenes and related materials. – 1994. – Electrochem. Soc. Proc. – P. 94-24, P. 50-67, The Electrochemical Society, Inc. 15. Kasumov M.M., Pokropivnyj V.V. Povyshenie vyhoda fullerenov v dugovom razryade pod dej- stviem potoka gaza v polom elektrode//Zhurnal tehnicheskoj fiziki. – 2007. – T. 77, Vyp. 7. – S. 136-138. 16. Alekseev N.I., Dyuzhev G.A. Dugovoj razryad s isparyayuschimsya anodom (Pochemu rod bu- fernogo gaza vliyaet na process obrazovaniya fullerenov)//ZhTF. – 2001. – T. 71, Vyp. 10. – S. 41-49. 17. Afanasev D., Blinov I., Bogdanov A. i dr. Obrazo- vanie fullerenov v dugovom razryade//ZhTF. – 1994. – T. 64, № 10. – C. 76-90. 18. Churilov G.N., Novikov P.V., Lopatin V.A. et. al. Electron density as the main parameter influencing the formation of fullerenes in a carbon plasma// FTT. – 2002. – Vol. 44, No. 3. – S. 406-409. 19. Afanasev D.V., Bogdanov A.A., Dajninger D. i dr. obrazovanie fullerenov v dugovom razryade v prisutstvii vodoroda i kisloroda//ZhTF. – 1999. – T. 69, Vyp. 12. – S. 48-51. 20. Bogdanov A.A., Dajninger D., Dyuzhev G.A. Perspektivy razvitiya promyshlennyh metodov proizvodstva fullerenov//ZhTF. – 2000. – T. 70, Vyp. 5. – S. 1-7. 21. Toshiki Sugai, Hideki Omote, Shunji Bandow, Nobuo Tanaka, Hisanori Shinohara Production of fullerenes and single-wall carbon nanotubes by high-temperature pulsed arc discharge// РАЗВИТИЕ ПЛАЗМЕННЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ФУЛЛЕРЕНОВ ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 447ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 Journal of chemical physics. – 2000. – Vol. 112, No. 13. 22. Churilov G.N. Osnovnye zakonomernosti i meha- nizmy obrazovaniya fullerenov v plazme dugovogo razryada i razrabotka metodiki ih polucheniya pri atmosfernom davlenii. – Avtoref. diss. dtn, Kras- noyarsk, 2002. 23. Lopatin V.A. Sintez fullerenov pri atmosfernom davlenii. – Avtoref dis k.f-m. n., Krasnoyarsk, 2005. – 23 s. 24. Bulina N.V., Lopatin V.A., Novikov P.V. et. al. Fullerene synthesis in helium flow at atmospheric pressure//Hydrogen Materials Science and Che- mistry of Carbon Nanomaterials NATO Security through Science Series. – 2007. – Vol. 3/2006. – P. 269-274. 25. Osipova I.V. Poluchenie i svojstva nanodispersnyh form ugleroda v plazme VCh dugi s NCh modu- lyaciej. – Avtoref dis k.f-m.n., Krasnoyarsk, 2009. – 20 s. 26. Zhao S., Hang R., Luo Z. et. al. Carbon nano- structures production by AC arc discharge plas- ma process at atmospheric pressure//Journal of Nanomaterials (Hindawi Publishing Corporation). – 2011. – Vol. Article ID 346206. – P. 6. 27. Schur D.V., Dubovoy A.G., Zaginaichenko S.Yu., et. al. Production of carbon nanostructures by arc synthesis in the liquid phase//Carbon. – 2007. – Vol. 45, № 6. – Р. 1322-1329. 28. Abdul Qader D. Faisal, Aysar S. Keiteb, Mufe- ed A. Jaleel Synthesis of Carbon Nanomaterials in Deionized Water with and without Catalyst Using Arc Discharge Technique//Eng&Tech. Journ. – 2011. – Vol. 29, No. 2. – P. 240-252. 29. Kim K.S., Soucy S. Plasma synthesis of fulle- renes.– in: Handbook of Nanophysics. Clusters and fullerenes/Eb. K.D. Sattler. – CRC Press, 2011. – 909 p. 30. Dubrovsky R., Bezmelnitsyn V., Eletskii A. Plasma fullerene production from powdered carbon black//Carbon. – 2004. – Vol. 42. – P. 1063-1066. 31. Fulcheri L., Schwob Y., Fabry F., et. al. Fullerene production in a 3-phase AC plasma process// Carbon. – 2000. – Vol. 38. – P. 797-803. 32. Fabry F., Gruenberger T.M., Aguilaret J.G. et. al. Continuous mass production of fullerenes and fullerenic nanoparticles by 3-phase AC plasma processing//Proc. NSTI-Nanotech. – 2005. – Vol. 2. – P. 201-204. 33. Todoroviѓ-Markoviѓ B., Markoviѓ Z., Mohai I. et. al. Comparative process analysis of fullerene production by the arc and the radio-frequency discharge methods//J. Nanosci Nanotechnol. – 2007. – Vol. 7 (4 – 5). – P. 1357-69. 34. Todoroviƒ-Markoviƒ B., Markoviƒ Z., Mohai I. et. al. Comparative Analysis of Carbon Plasma in Arc and RF Reactors//AIP Conf. Proc. – 2004. – Vol. 740. – P. 328-339. 35. Yoshie K., Kasuya S., Eguchi K. et. al. Novel method for C60 synthesis: A thermal plasma at atmospheris pressure//Appl. Phys. Lett. – 1992. – Vol. 61, No. 23. – P. 2782-2783. 36. Lieber M.C., Chen C.C. Preparation of fullerenes and fullerene-based materials//Solid State physics. – 1986. – Vol. 48. – P.109-148. 37. Hodorkovskij M.A., Murashov S.V., Lyubchik S.B. i dr. Osobennosti processov klasterizacii molekul fullerenov pri lazernoj ablyacii//Nauchno-teh- nicheskie vedomosti SPbGPU. Ser. Fiz.-mat. nauki. – 2011. – № 3 (129). – S. 50-56. 38. Afanasev D.V., Baranov G.A., Belyaev A.A. i dr. Poluchenie fullerenov pri isparenii grafita stacionarnym SO2-lazerom//Pisma v ZhTF. – 2001. – T. 27, Vyp. 10. – S. 31-36. В.Г. УДОВИЦКИЙ, А.Ю. КРОПОТОВ, В.И. ФАРЕНИК

Развитие плазменных методов синтеза фуллеренов

Репозитарії

Схожі ресурси