Кривая насыщения и молекулярная поляризуемость фуллерена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

российская академия наук Р Г К О Л сибирское отделение

институт теплофизики

2 7 ФЕВ 1935

На правах рукописи удк 535.3, 536.

Нерушев Олег Алексеевич

КРИВАЯ НАСЫЩЕНИЯ И

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ПОЛЯРИЗУЕМОСТЬ ФУЛЛЕРЕНА Специальность 01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 1995

Работа выполнена в Институте теплофизики СО РАН

Научный руководитель: ет.н.с., д.ф.-м.н. Новопашкн С.А. Официальные оппоненты:

д.ф.-м.н., профессор Бостриков А.А.

д.ф.-м.н., профессор Гадияк Г.А.

Ведущая организация: Институт неорганической химии СО РАЙ

¿6 ъ&МрШДжь г.. В Л

Защита состоится на за «здании специализированного совета К 002.6Ь.01 по присуждению учёной степени ка идида та наук в Институте теплофизики СО РАИ по адресу; бЗООЭО, Ноьосибирск-90, пр. Ак.Лаврентьева, 1

С диссертации можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики СО РАК.

€ (р е^гиьг^1995

1а я из

Автореферат разослан

Учений секретарь специализированного совета

д.т.н. -А / Ярыгив В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследований.

С' момента открытия нового молекулярного состояния углерода фуллерена в 1985 году исследованиям свойств нового вещества посвящен поток экспериментальных и теоретических работ. Необычность молекулярной структуры вызвала широкий интерес к исследованию различных свойств данного вещества. В 1990-91 гг. был . разработан метод получения фуллеренов в макроскопических количествах при испарении графита или в дуге. Это вызвало дополнительный интерес в связи с перспективами применения удивительных качеств нового вещества в практических технологиях.

Одним из важных молекулярных свойств является поляризуемость, которая характеризует степень свободы и делокализации электронов в молекуле. До последнего времени в литературе не было экспериментальных данных по поляризуемости фуллерена в связи со сложностью проведения измерений с малым количеством вещества или в парах низкой плотности-на 7-8 порядков ниже атмосферной. Имевшиеся расчетные данные основаны на методах, пригодных для молекул малой кривизны, тогда как предварительные квантоме-ханические оценки придают большое значение в величине поляризуемости связанному с отклонением от плоскостности перекрытию молекулярных орбиталей и делокализации электронов. Экспериментальное определение поляризуемости имеет большое значение.

В связи с преобладающим интересом в технологии новых материалов к тонкопленочным образцам практическую ценность представляют данные по параметрам испарения - зависимость давления насыщенных паров от температуры и теплота испарения. Имеющиеся в литературе данные показывают значительный разброс, что может

быть связано с различными причинами, требующими изучения.

«

Цель диссертационной работы

1. Развить метод измерения молекулярной поляризуемости на основе рэлеевского рассеяния света.

2. Измерить молекулярную поляризуемость фуллерена .

3. Измерить теплоту парообразования и температурную зависимость давления насыщенных паров фуллерена при испарении в вакуум из мелкокристаллической смеси фуллеренов.

Научная новизна

1. Развит метод измерения молекулярной поляризуемости в газах и парах низкой плотности на основе измерения рэлеевского рассеяния света параллельно с измерением плотности или молекулярного потока от эффузионного источника.

2. Впервые экспериментально получено значение молекулярной поляризуемости фуллерена, значительно превышающее значения, полученные из теории.

3. Определена теплота парообразования фуллерена из мелкокристаллической фазы и давление насыщенных паров при испарении из смеси по измерениям кварцевыми весами и методом реле-евского рассеяния в потоке от эффузионного источника.

Практическая ценность

1. Развитая методика позволяет измерять молекулярную поляризуемость в газах и парах низкой плотности различного состава и работать с малыми количествами вещества.

2. Экспериментально получено значение молекулярной поляризуемости фуллерена, значительно превышающее значения, полученные из теории, оно должно быть использовано при исследованиях тонких пленок и при контроле технологий с применением вакуумного напыления фуллерена.

Защищаемые положения

1. Разработаный метод позволяет измерять молекулярную поляризуемость газов при низком давлении по релеевскому рассеянию света /2/.

2. Величина молекулярной поляризуемости фуллерена составляет величину 0.8 - 1.2 х 10-21 см3 /1,3/.

3. Теплота парообразования фуллерена из мелкокристаллической фазы, по измерениям температурной зависимости молекулярного потока кварцевыми весами составляет величину 170 КДж/моль и плотность насыщенных паров при температуре 800 К составляет величину 2.5х101Э см~э /4/. , • -

Апробация работы и публикации

Результаты работы представлялись на 1-ыЯ междисциплинарный коллоквиум по фуллеренам ( 1993 г., США), докладывались на семинарах Института теплофизики и семинаре по высокотемпературной сверхпроводимости Института неорганической химии СО РАН.

Основные результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения. Содержание диссертации изложено на 62 страницах машинописного текста и иллюстрировано 10 рисунками. Библиография включает 95 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулирована цель, научная новизна, защищаемые положе""Ч, практическая ценность и краткое содержание работы.

В первой главе сделан краткий обзор современного состояния изучения свойств фуллеренов. С момента открытия нового молекулярного состояния углерода - фуллерена в 1985 году исследованиям свойств нового вещества посвящен поток экспериментальных и теоретических работ. Открыты были первоначально значительные количества кластеров углерода с массами в 60 и 70 атомов в масс-спектрах при изучении • разлета продуктов лазерного испарения графита в атмосферу гелия. Авторы одной из таких работ высказа-, ли предположение, что обнаруженные кластеры обладают повышенной стабильностью благодаря необычной молекулярной структуре в виде усеченного икосоаэдра и являются молекулами нового класса. Позднее выяснилось, что стабильность таких молекул гораздо раньше уже была предсказана теоретически и даже найден электронный спектр таких молекул с неопределенностью до точного значения интеграла перекрытий электронных облаков. Первые эксперименты касались, в основном, нахождения масс-спектров фуллеренов и их ионов в различных условиях лазерной абляции и в пересыщенных углеводородных пламенах. Теоретически, а затем и эксперименталь-

но было подтверждено, что подученные фуллерены не представляют собой ни упаковку типа кристалла или капель, ни некую фрактальную структуру, ни фрагменты графитовых плоскостей, как можно было предположить, но являются многогранниками, составленными из пятиугольников и шестиугольников. В частности, фуллерен-60 является одним из полуправильных многоугольников Архимеда -усеченным икосаэдром. Удивительная симметрия молекулы позволила многим исследователям провести анализ некоторых молекулярных свойств в достаточно простой постановке. Еще в 1973г. советские исследователи Бочвар и Гальперн предсказали стабильность 60-угольника из углеродных атомов и методом Хюккеля произвели вычисление энергетического спектра валентных электронов.'Основываясь на подобном подходе многие теоретические группы в период с 1985 занимались расчетом молекулярных свойств фуллерена -спектра электронных и вибронных уровней, поляризуемости, магнитной восприимчивости, спектров поглощения и комбинационного рассеяния, потенциалов ионизации. Были построены и рассчитаны в первую очередь механические модели в квазиклассическом приближении, описывающие структуру и спектр колебаний, возникающих в данной системе.

Следующий крупный шаг был сделан в 1990-91 гг., когда был разработан метод получения фуллеренов в макроскопических количествах при термическом испарении графите или в дуге между графитовыми электродами в атмосфере инертного газа, в основном, гелия.; С этого момента стали доступными для экспериментального изучения большие количества фуллеренов.

Исследовались фуллерены всеми возможными спектроскопическими методами,изучались фазовые переходы в микрообразцах при различных температурах. Были выделены фуллерены больших масс и допированные атомами металлов и инертных газов. Были открыты сверхпроводящие свойства инт е рк а ли ров ан них щелочными металлами фуллеренов и полупроводниковые - у чистых фуллеренов. Большая часть исследований в этом направлении выполнена на тонкопленочных образцах, полученных вакуумным напылением из поликристаллических порошков фуллерена. В настоящее время основные работы по исследованию фуллеренов связаны с нелинейно-оптическими, полупроводниковыми и сверхпроводящими свойствами тонких фуллере-новых и фуллеренсодержащих пленок, однако практически отсутствуют надежные данные по параметрам насыщения.

Большое внимание в исследованиях фуллерена было отдано изучению ионизации в различных процессах - столкновениях с электронами, частицам, фотоионизации. Это обусловлено как историческими причинами, так и тем, что наиболее интересные свойства молекул Фуллерена и материалов на их основе - полупроводников и сверхпроводников основаны на необычной структуре электронных состояний молекулы.

Исследования молекулярных свойств Фуллерена в масс-спектрометрических экспериментах позволили также определить величину положительного сродства к электрону. Эта величина оказалась в хорошем согласии с рассчитанной ранее структурой электронных состояний и оказалась равной 2.5 эВ. Положительное сродство к электрону приводит к тому, что в ряде газофазных химических реакций фуллерены могут выступать в качестве окислителей и образуют соединения с металлами. Положительное сродство к электрону вкупе с большим количеством степеней свободы приводит к тому, что кластер фуллерена обладает большим сечением захвата электрона при надтепловых энергия вплоть до таких больших энергий как 5-8 эв. Для объяснения больших ионных токов в этих экспериментах требуется большое значение поляризуемости, прямых измерений которой не проводилось до работ/1,3/. Теоретические расчеты поляризуемости методами самосогласованного поля с привлечением мощной электронно-вычислительной техники дают величину очень близкую к расчитанной простыми методами аддитивной поляризуемости 8х10~23 см3. Следует отметить, что методы квантовой химии, применяемые в таких расчетах, апробированы на большом количестве органических молекул, основными отличиями от которых фуллерена являются высокая симметрия молекулы, сильное отклонение от плоскности, а также значительная делокализация валентных электронов. Такое сочетание свойств, неудобных для применения известных расчетных методов позволяет поставить под сомнение результат расчетов. Таким образом, требуется экспериментальное измерение величины поляризуемости. Из таких измерений можно восстановить степень делокализации электронов в молекуле и возможно объяснить некоторые факты, связанное с взаимодействием фуллеренов с металлами с образованием "теплых" сверхпроводников.

Бо второй главе даны описания методики получения фуллерена и экспериментальной установки для измерений в потоке за эффузион-

ным источником, приведены спектры, характеризующие полученное вещество в сравнении с известными из литературы данными, а также результаты методических исследований.

В разделе 2.1 рассмотрены различные аспекты метода реле-евского рассеяния, дано описание методики измерений. Для измерения поляризуемости существует ряд методов, основанных на рефракции и интерферометрии. Как правило, эти методы имеют ряд ограничений при работе с газами понихеннной плотности. Измерение интенсивности Рэлеевского рассеяния света позволяет измерять, кроме поляризуемости, также и деполяризацию среды. Однако, этот метод не нашел широкого применения по ряду причин. Во-первых, для измерений в газовой среде требуется тщательная очистка газа от пылевых частиц. Во-вторых, интенсивность рассеянного света достаточно мала и требуются специальные прогреваемые кюветы для создания необходимого уровня концентрации молекул или организации схемы с многократным проходом излучения. В-третьих, паразитные засветки накладывают ограничения на конструкцию установки.

Локальность лазерных измерений позволяет исключить влияние пылевых частиц на измерения, а также добиться достаточно высокой чувствительности. Одновременно с этим локальность измерений на уровне 10-в см3 позволяет проводить измерения в молекулярном пучке слаболетучих веществ, источником которого является прогреваемая ячейка. При этом исключается влияние прогрева кюветы на прохождение и сбор рассеяного света по сравнению со случаем, когда приходится использовать оптические окна для ввода и вывода излучения.

В измерениях использовано хорошо известное выражение для связи интенсивности Рэлеевского рассеяния в разреженном газе с поляризуемостью молекул :

I = А*Го*Ы*аг

где Х- интенсивность рассеянного света, А-геометрический фактор, 1о - интенсивность падающего света, N - концентрация молекул, а - поляризуемость молекулы на частоте лазерного излучения.

На рисунке 1 представлена схема экспериментальной установки . Исследуемое вещество в виде порошка или жидкости загружается в цилиндрическую ячейку Кнудсена 1 (внутренний диаметр

40 мм, Еысота 30 мм) с отверстием диаметром 0.1 - 5 мм для истечения в газовой фазе. Выбор диаметра отверстия определяется условиями свободномолекулярного истечения пара. Ячейка размещается в Еакуумной камере 2 с фоновым давлением не выше 10_2Па. Температура ячейки может изменяться в пределах 300 - 1000 К. В случае, когда вещество обладает достаточно большой упругостью пара при комнатной температуре, можно отказаться от использования ячейки Кнудсена и заполнять камеру через специальную систему напуска, позволяющую подавать как сжатые газа, так и пары конденсированных веществ. Контроль плотности газа в точке измерения при этом осуществляется по измерениям давления набором датчиков ИКД с точностью не хуже 1,5% в диапазоне 100 -3x10° Па. Измерения проводятся в статических условиях.

Луч импульсного лазера 3 (длина волны 540 нм, длительность импульса 20 не, энергия в импульсе 20 мДж) пересекает область течения на фиксированном расстоянии от выходного отверстия ячейки. Он фокусируется линзой 4(фокусное расстояние 400 мм) на ось течения в пятно около 0.1 мм в диаметре. Рассеянный свет наблюдается под углом 90° к направлению распространения опорного пучка и вектору поляризации. Рассеянный свет собирается объективом 5 и передается на фотоумножитель 6 по световоду 7. Интенсивность рассеянного света нормируется на энергию излучения лазера, измеренную с помощью фотодиода 8. Сигналы с фотоумножителя и фотодиода регистрируются зарядо-цифровым преобразователем 9, выполненным в стандарте КАМАК. Каждая экспериментальная точка усредняется по серии импульсов лазера для обеспечения требуемой точности. Для вычисления геометрического фактора в уравнении (1) проводится калибровка по рассеянию на газе с известной поляризуемостью. Крейт КАМАК входит в состав рабочего места локальной лабораторной сети на базе ЭВМ Электроника МС - 1212. Управление экспериментом, сбор и обработка данных осуществляются в режиме диалога в реальном масштабе времени.

Запоминающий осциллограф 10 используется для измерения временного профиля рассеянного сигнала, что позволяет контроли-

Рис. 1

ровать возможные задержанные процессы - фотолюминисценцию, переизлучение с долгоживущих уровней. Для подавления влияния этих эффектов применяются светофильтры или поляроид, установленные на объектив, а также может быть изменено время интегрирования сигнала.

Для измерения потока вещества при использовании ячейки Кнудсена на фиксированном расстоянии по оси течения за областью рассеяния установлены кварцевые весы 11. Концентрация молекул вычисляется по этим измерениям, известной тепловой скорости молекул при температуре ячейки и коэффициенту прилипания молекул к поверхности подложки.

Для измерения коэффициента прилипания молекул к подложке в камере устанавливается холодный скиммер 12. С помощью ским-мера из течения отбирается молекулярный пучок. Специфика изме-рениий в свободно-молекулярном потоке вещества с низкой упругостью паров такова, что скиммерным взаимодействием и влиянием отраженного потока молекул на измерения можно пренебречь. Интенсивность потока молекул, рассеянных поверхностью весов 11, измеряется кварцевыми весами 13. Эти весы расположены на тыльной стороне скиммера и обращены лицевой поверхностью к весам 11. Отношение потоков, измеренных весами 11 и 13, с учетом их взаимного расположения дает коэффициент отражения молекул от подложки. В экспериментах поверхность кварцевого датчика весов уже покрыта тонкой пленкой вещества в предварительных экспериментах, что обеспечивает воспроизводимость режимов взаимодействия потока с подложкой.

Далее представлены результаты результаты методических исследований. На рисунке 2 представлена калибровка методики.

Приведены результаты измерений в ряде газов (Аг.Нг.СОг,пары воды и ацетона) в сравнении с табличными данными на длине волны 589 нм. Данные по обеим осям нормированы на поляризуемость азота. Наблюдаемая линейная зависимость свидетельствует о достоверности измерений.

В разделе 2.2 описана установка для получения фуллерена и представлены результаты сравнения характерных спектров полу- 10 -

Г

у

1111 -С0г

1 1-1—1- II1* ■ ■ ■ 1

Рис. 2

4

1

О

ченного на ней вещества с известными из литературы данными.

Установка "дуговая фабрика фуллерена" показана на рис.3. В наших экспериментах использовалась технология, описанная в литературных источниках. В вакуумной камере 1 размещены два графитовых электрода, между которыми в атмосфере гелия при давлении 5 т 200 торр горит дуга. Неподвижный расходуемый анод 3 -графитовый стержень диаметром 6 мм, подвижный катод 2 - графитовая таблетка диаметром 15-33 мм.

Рис. 3

Катод выполнен подвижным для того, чтобы сдвигать электроды по мере испарения графита с анода и сохранять условия горения дуги. Перемещение электрода осуществлялось вручную с помощью сильфонного узла передачи поступательного движения 6. В ходе эксперимента контролировался ток, оптимальным оказался режим горения при токе 100-140 А. Уменьшение тока до величин около 73 А приводит к»гашению разряда, увеличение тока до 203 -300 А свидетельствует о переходе к чисто омическому механизму испарения графита, что также используется рядом групп для получения фуллерена, но к,п.д. существенно ниже, к тому же возрастают и тепловые нагрузки на экран. Ток подается через сильноточный метэлло-керамический герметичный ввод 7. Регулируется ток межэяектродным расстоянием.

Вокруг электродов установлен медный водоохлаждаемый цилиндр 5. Плотно по цилиндру внутри расположен съемный экран 4 из нержавеющей стали для сборки сажи. При испарении углерода в окружающей среде при парных столкновениях атомов углерода и при

столкновении атомов с уже образовавшимися кластерами с участием третьего тела - атомов буферного газа формируются и растут кластеры углерода, включая фуллерены, фрагменты графитовых решеток, линейные цепи и фрактальные кластеры. В дальнейшем при попадании на охлаждаемую стенку углерод осаждается на экран с образованием сажи - неупорядоченной структуры углерода. Фуллеренсо-держащая сажа в течении эксперимента собирается на внутренней поверхности съемного экрана. Полученная сажа содержит ряд Фуллеренов.

Далее следует процедура их выделения из сажи. Нами опробованы два варианта - физический и химический. Физический представляет собой термическую вакуумную десублимацию (температура 600 - 800 К, вакуум не ниже 10 мПа. Проводилось испарение Фуллерена и напыление фуллереновых пленок из сажи. Последующий анализ показал, что испаряются, в основном фуллерены Сба и Ста, но исследование структуры пленок показало, что в малых количествах присутствуют частицы сажи макроскопических размеров - порядка 10 мкм. Поскольку подложка для напыления пленок располагалась на расстоянии порядка 1 см от выхода ячейки испарителя, были сделаны оценки вероятности подлета частицы таких размеров за счет собственной тепловой энергии и показано, что такая вероятность достаточно высока.

Ниже описан химический метод,также описанный в литературе и применяемый нами. Для очистки от возможных органических примесей различной природы рекомендуется полученную сажу экстрагировать вначале эфиром в течении 2 часов по методу Сокслета. Эта операция называется отмывкой. Следующий этап - непосредственно выделение смеси С60/С70 - экстрагирование бензолом или толуолом по методу Секслета до обесцвечивания раствора в верхней колбе. Раствор смеси Сви/С70 имеет малиновый цвет. Этот раствор упаривают. Для достаточно полного удаления органических соединений требуется полученное вещество выдержать под вакуумом не хуже 10 мПа, температуре около 500К в течении 2-3 часов. Для разделения смеси требуется провести жидкостную хроматографию гексаном или и^пентаном на колонке с оксидом алюминия. Первая фракция содержит Сея, вторая - С70 с примесью Сей. Суммарный выход фуллереновой смеси составляет около 10Ж от собранной сажи.

В третьей главе приведены результаты измерений светового сигнала и показаний кварцевого датчика молекулярного потока

от ячейки Кнудсена в зависимости от температуры в ячейке. На основании экспериментальных данных оценен минимальный коэффициент конденсации молекул Фуллерена на подложке, покрытой пленкой фуллерена при комнатной температуре = 0.85.

На рисунке 4 приведены экспери-— ментальные данные по зависи-

мости от температуры в ячейке Кнудсена интенсивности рассеянного света на расстоянии 7 мм от выходного отверстия на оси течения. Зависимость плотности потока , вычисленной по измерениям кварцевыми микровесами и

790 800 900 ТЕмРСЯАТиас. к

Рис.4

известной тепловой скорости в эффузионном течении фуллерена, с точностью до погрешостей измерения совпадает с приведенной зависимостью .

Первым важным моментом, исследованным в данной работе на основе проведенных измерений, является зависимость давления пара фуллерена над поверхностью мелких кристаллов, содержащих смесь фуллеренов Сва и С70. Полученные экспериментальные данные удовлетворительно согласуются с данными других авторов. Обработка измерений позволила определить скрытую теплоту сублимации, также удовлетворительно согласующуюся с данными других авторов 9 =170 кДж/моль.

По результатам одновременных измерений локальной плотности в потоке от эффузионного источника и интенсивности рассеянного светового сигнала получено значение поляризуемости, оказавшееся на порядок больше величин, полученных как из простых полуэмпирических оценок, так и в результате квантомехани-ческих расчетов, проведенных с использованием больших вычислительных ресурсов и известных из опубликованных данных. Экспериментально измереннное значение поляризуемости составляет

10-21

СМ~

Полученное гигантское значение рассеянного сигнала побудило провести дополнительную экспериментальную проверку и оценки вкладов в сигнал других процессов.

В первую очередь, небходимо заметить, что вблизи использованной частоты опорного излучения нет дипольно-разрешен-ных переходов для молекул фуллерена, что исключает резонансные

процессы.

Другие причины могли быть связаны со следующими процессами : Во-первых, вкладом в регистрируемое рассеяние фотолюминесценции. Во-вторых, рассеянием на электронах, возникших в результате процессов фотоионизации, что в данном случае является многофотонным процессом (энергия кванта пробного излучения меньше порога ионизации). В-третьих, просто многофотонным поглощением с последующим переизлучением. В-четвертых, с возможным присутствием в потоке кластерных образований, состоящих из молекул фуллерена.

Временная форма интенсивности рассеянного света совпадает с формой опорного сигнала с длительностью порядка 20 не. Это означает, что эффекты фотоионизации и фотолюминесценции, имеющие характерные времена спада сигнала от 2 - 3 мке до сотен мке, не дают вклада в регистрируемый сигнал.

Наблюдалась линейная зависимость интенсивности рассеянного света от интенсивности опорного излучения в диапазоне 5 -20 мДж за импульс. Таким образом, все многофотонные процессы также не дают вклада в наблюдаемый процесс.

Вследствие бесстолкновительного режима течения за ячейкой Кнудсена исключается образование агломератов, состоящих из нескольких молекул фуллерена, в поле течения за срезом выходного отверстия. Таким образом, присутствие в потоке микрочастиц Фуллерена может быть связано только с присутствием их внутри ячейки в результате термодинамических флуктуаций. Влияние температуры на измеренную поляризуемость фуллерена в диапазоне 600 - 900 К не зарегистрировано. Как видно из Рис.4 плотность частиц в потоке, а следовательно и число Кнудсена по размеру ячейкч меняется более, чем на порядок. Это означает, что влиянием ван-дер-Ваальсовских кластеров, состоящих из молекул фуллерена на интенсивность рассеянного света можно пренебречь.

Еще один механизм увеличения интенсивности рассеянного света связан с некогерентной часть» тензора рассеяния. Обычно сечение некогерентного рассеяния на несколько порядков ниже когерентного , но молекулярные системы с большим вырождением основного электронного состояния представляют очень сложную для исследования систему . В эксперименте выделить некогерентную часть рассеянного сигнала на частоте, совпадающей с падающим излучением представляется практически невозможным.

Исходя из вышеизложенного, наблюдаемое излучение является рэдеевским рассеянием на молекулах фул.^рена и характери-зуёт его аномально высокую поляризуемость на использованной частоте.

Значительное расхождение с теорией объясняется, видимо, гем Фактом, что в простых полуэмпирических оценках используется экстраполяция экспериментальных данных для углеводородов, где трехмерность молекулы слабо влияет на степень перекрытия #-ор->итзлей ввиду близос№ структуры молекулы к плоской. Кроме того, 10 учитывается тот факт, что потенциал ионизации - величина, <арактеризующая силу связи электронов в молекуле, для большин-;тва органических веществ лежит в диапазоне 10 - 15 эВ. Для фуллерена эта величина составляет лишь 7.6 эВ. Зависимость юляризуемости на частоте для многих веществ более или менее 'доплетворительно описывается формулой:

¡ля случая 00 << (а)» ,

<*( й') * л (о) (1+

'аким образом очевидны недостатки распространения теории адди-ивной поляризуемости с молекул углеводородов на фуляерены. озможно, в ряду фуллеронов, с введением новой удельной "фулле-сновой" рефракции связи С-С, эта теория позволит получить равилыше оценки поляризуемости для гигантских фуллеренов, на-отрубчатых объектов и барреленов - цилиндрических оболочек с амкнутыми полусферами концами.

Вообще, молекула Фулерена представляет уникальную пере-одную систему от атомного хаоса к упорядоченному строению ещества с пониженной размерностью, где большую роль в отклике истемы на внешнее воздействие играет коллективное взаимодейст-ие частичноперекрывающихся электронных облаков. В частности, амая грубая оценка показывает, что поляризуемость фуллерена на спользованной частоте оказалась лишь немного меньше суммарной эляризуемости СЗ свободных электронов на этой частоте. Число 3 соответствует полному числу Д-электронов в молекуле. Это зжет быть интерпретировано как доказательство полной делокали*-

- 1Ь -

зации электронов в молекуле» когда перекрываются не только молекулярные облака от*двух соседних атомов в молекуле, но и происходит делокализация валентных электронов по некоторой пространственной области, и по отношению к малым внешним возмущениям, не выводящим за пределы этой области, электроны ведут себя как свободные.

В заключении сформулированы основные результаты работы :

1.Воспроизведена методика получения Фуллеренов по электродуговой технологии и разработана методика получения контролируемого потока молекул Фуллерена в вакууме.

2.Разработан и реализован метод измерения молекулярной поляризуемости газов при низком давлении по релеевскому рассеянию света.

3.Определена величина молекулярной поляризуемости фулле-рена =0.8 -1.2 х 10"21 смЭ

4.Определена теплота парообразования фуллерена из мелкокристаллических образцов смеси при испарении в вакуум Q = 170 кДж/моль и.давление насыщенного пара.

Материалы диссертации достаточно полно опубликованы в следующих работах:

1. Мальцев В.А., Нерушев O.A., Новопашин С.А., Селиванов Б.А., Поляризуемость фуллерена. // Письма в ЖЭТФ, (1993) , т. 57, N 10, стр. 634-637

2. Нерушев O.A., Новопашин С.А., Измерение молекулярной поляризуемости по релеевскому рассеянию света. // ПиТЭ, (1994), N 2, стр.179-182

3. Mal'taev V.A., Nerushev О.А., Novopashin S.A., Sellvanov В.А. Ananalous polarisability of fullerene. // Chem.Phya.Letters, 1993, vol. 212, N 5, pp. 480-482

4. Nerushev O.A., Novopashin S.A. Polarisability and evaporation latent heat of fullerenes. // 1-st Int. Conf. on fulle-renes. Book of Abstr., Santa-Barbara, 1993.