Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

ВЕРОЯТНЫЕ ИЗОСИММЕТРИЙНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СТРУКТУРНЫЕ МОДИФИКАЦИИ ФУЛЛЕРЕНА С18

Иванов В.В. 1, 2
1 ФБГОУ ВПО«Южно-Российский государственный технический университет»
2 ФГУП ОКТБ «ОРИОН»
Обсуждаются вероятные изосимметрийные и деформационные модификации наноструктуры С18 с атомными оболочками тригональной ветви классификации фуллеренов и их возможное влияние на трибологические свойства композиционных покрытий.
изосимметрийные модификации
деформационные модификации
фуллерен
композиционные покрытия
наноструктура
1. Talanov V.M., Fedorova N.V. // In: Handbook on Fullerene. Synthesis, Properties and Applications. – N-Y: Nova Science Publishers, Inc., 2012. Ch.3. P. 151-195.
2. Иванов В.В., Иванов А.В., Щербаков И.Н., Башкиров О.М. // Изв. вузов. Сев-Кавк. регион. Техн. науки. 2005. №3. С.46-49.
3. Иванов В.В., Щербаков И.Н. Моделирование композиционных никель-фосфорных покрытий с антифрикционными свойствами. – Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион», 2008. 112 с.
4. Balakai V.I., Ivanov V.V., Balakai I.V., Arzumanova A.V. // Russian Journal of Applied Chemistry. 2009. Т.82. №.5. С. 851-856.
5. Ivanov V.V., Balakai V.I., Ivanov A.V., Arzumanova A.V. // Russian Journal of Applied Chemistry. 2006. Т.79. № 4. С. 610-613.
6. Ivanov V.V., Balakai V.I., Kurnakova N.Yu., Arzumanova A.V., Balakai I.V., // Russian Journal of Applied Chemistry. 2008. Т.81. № 12. С.2169-2171.
7. Щербаков И.Н., Иванов В.В., Логинов В.Т. и др. Химическое конструирование композиционных материалов и покрытий с антифрикционными свойствами. – Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки», 2011. – 152 с.
8. Иванов В.В. Комбинаторное моделирование вероятных структур неорганических веществ. – Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. 204 с.
9. Иванов В.В., Таланов В.М. // Физика и химия стекла. 2008. Т.34. №4. С.528-567.
10. Иванов В.В., Таланов В.М. // Наносистемы: Физика, Химия, Математика. 2010. Т.1. №1. С.72-107.
11. Иванов В.В., Таланов В.М. // Кристаллография. 2010. Т.55. № 3. С.385-398.
12. Иванов В.В., Таланов В.М. // Журн. неорганической химии. 2010. Т.55. № 6. С.980-990.
13. Иванов В.В., Таланов В.М., Гусаров В.В // Наносистемы: Физика, Химия, Математика. 2011. Т.2. № 3. С. 121-134.
14. Иванов В.В., Таланов В.М., Гусаров В.В. // Наносистемы: Физика, Химия, Математика. 2012. Т.3. № 4. С. 82-100.
15. Патент №2473711 РФ / Трофимов Г.Е., Щербаков И.Н., Шевченко М.Ю., Логинов В.Т., Дерлугян П.Д., Дерлугян Ф.П., Иванов В.В. – Опубл. 27.01.2013. Бюл. № 3.

Фуллерен состава С18 является первым членом гомологического ряда C6(n+2) фуллеренов (где n = 1,3,4,…), формы которых являются производными от полиэдров {(n+2)44} призматического типа и обладают симметрией соответствующих точечных групп D(n+2)h. Для фуллерена С18, строение которого описывается симметрией точечной группы D3h (`6m2), существуют две топологически различимые разновидности одиннадцатигранников. Один из этих многогранников содержит 3 топологически неэквивалентных типа граней (6 тригональных, 2 гексагональных и 3 октагональных), 2 типа вершин (12 вершин с топологией {368} и 6 вершин с топологией {388}) и реализуется в форме усеченной тригональной призмы. Второй многогранник также содержит 3 топологически неэквивалентных типа граней (2 тригональные, 6 гексагональных и 3 тетрагональных), 2 типа вершин (12 вершин с топологией {466} и 6 вершин с топологией {366}) и реализуется в форме усеченной тригональной бипирамиды. Обе изосимметрийные модификации могут быть получены в результате определенных топологических преобразований тригональной призмы с симметрией D3h.

Для представления полиэдров будем использовать следующие символьные обозначения: Ph – <nv, nr, nh>, где Ph – имя полиэдра, nv, nr и nh – количество вершин, ребер и граней, соответственно. Тогда в результате сплиттинг-преобразования вершин тригонпризмы и стелейшн-дизайна определенных граней тригональнопризматической бипирамиды можно получить следующую цепочку изосимметрийных конфигураций (рис. 1):

тригональная призма Tp – <6, 9, 5> →

усеченная тригональная призма tTp – <18, 27, 11> →

тригональнопризматическая бипирамида TpbiPyr – <9,18,11> →

усеченная тригонбипирамида tTbiPyr – <18, 24, 11> →

тригонбипирамида TbiPyr – <5, 9, 6>.

ivan1.tif

Рис. 1. Проекции Шлегеля для изосимметрийных (D3h) полиэдров: Tp (а), tTp (б), TpbiPyr (в), tTbiPyr (г) и TbiPyr (д)

Методом анализа фундаментальной области точечной группы симметрии можно перечислить группы симметрии всех возможных симметрийно неэквивалентных разновидностей молекул фуллерена, которые могут возникнуть в результате ее непрерывных деформаций [1]. Для этого необходимо выделить все структурные элементы области с разной размерностью и локальной симметрией. Соотношения таких структурных элементов группы D3h в фундаментальной области для двух форм молекул фуллерена С18 представлены на рис. 2.

ivan2.tif

Рис. 2. Соотношения структурных элементов деформационных модификаций фуллеренов С18, полученных в результате анализа фундаментальной области точечной группы D3h для tTp (а) и для tTbiPyr (б)

Результаты анализа вероятных структурных состояний двух изосимметрийных молекул приведены в таблице 1. Используемые в таблице 1 обозначения структурных элементов фундаментальной области точечной группы D3h для фуллеренов состава С18 указаны на рис.2,а и 2,б, соответственно.

С определенной степенью вероятности можно предположить, что при модифицировании композиционных покрытий наноалмазным порошком фазовая и структурная разупорядоченность углеродсодержащих наночастиц на их поверхности после трибовоздействия может быть обусловлена как слоистыми фрагментами графитоподобных структур, так и наличием фуллереноподобных наночастиц с симметрией группы D3h или ее вероятных деформационных модификаций (ромбоэдрических, ромбических, моноклинных и триклинных) [2-7]. Все эти углеродсодержащие наночастицы могут рассматриваться как компоненты покрытия, проявляющие свойства твердых смазочных материалов [7]. Их относительная устойчивость при воздействии со стороны трибосопряженной поверхности может быть обусловлена возможностью самовосстанавливания формы за счет обратимых фазовых превращений [8-14].

Таблица 1

Вероятные структурные состояния молекулы фуллерена С18

Структурный элемент *

Размерность

Симметрия орбиты

Собственная симметрия

Фуллерен в форме усеченной тригональной призмы

1

1

`6m2

3m

2, 3

mm2

4, 5, 6

m

7

1

1-5, 2-5, 2-6, 3-6, 3-4, 1-4

2

`6m2

m

4-7, 5-7, 6-7

1

2-6-7-5, 3-6-7-4, 1-5-7-4

3

`6m2

1

Фуллерен в форме усеченной тригональной бипирамиды

1

1

`6m2

3m

2, 3

mm2

4, 5, 6, 7

m

1-6, 2-6, 2-7, 3-7, 3-4, 1-5

2

`6m2

m

5-6, 4-7

1

1-5-6, 3-4-7, 4-5-6-2-7

3

6m2

1

В связи с этим в соответствии с синергической моделью «концентрационной волны» [2-4] они могут эффективно влиять на трибологические свойства поверхности при трении. Данное предположение косвенно подтверждается, в частности, результатами трибологических испытаний соответствующих твердосмазочных антифрикционных покрытий, полученных с использованием наночастиц алмаза [15].

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, соглашение № 14.U01.21.1078.


Библиографическая ссылка

Иванов В.В., Иванов В.В. ВЕРОЯТНЫЕ ИЗОСИММЕТРИЙНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СТРУКТУРНЫЕ МОДИФИКАЦИИ ФУЛЛЕРЕНА С18 // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 8. – С. 131-133;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=32746 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674