Фуллерен

Фуллерен
Шифр эксперимента: Фуллерен
Направление НПИ: 1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса
Секция КНТС: Космическое материаловедение
Наименование эксперимента: Исследование влияния невесомости на процессы кристаллизации фуллеренов из газовой фазы и исследование электронных свойств совершенных кристаллов фуллеритов, выращенных на орбитальной станции
Цель эксперимента:

Выращивание уникальных совершенных кристаллов фуллеренов С60 и С70 из газовой фазы в условиях микрогравитации с характерными размерами порядка нескольких миллиметров.

Описание эксперимента:

Фуллериты – сравнительно недавно открытая третья кристаллическая форма углерода. Кристаллы фуллеритов, состоящие из молекул С60 либо С70 представляют собой новый класс полупроводников. Из теоретических расчетов электронных спектров кристаллов С60 и С70 в рамках одноэлектронного приближения следует, что ширина разрешенных зон в фуллеритах около 0,05эВ.

Таким образом, фуллериты занимают уникальное "промежуточное" положение между "классическими" полупроводниками с широкими (несколько эВ) зонами разрешенных энергий и "классическими", непроводящими молекулярными кристаллами, в которых электронные зоны очень узкие (5-10 мэВ). Небольшая ширина разрешенных зон в фуллеритах должна приводить к проявлению электрон-электронных корреляций, а также к эффектам, связанным с атомной релаксацией (поляронному эффекту). Поляронные и корреляционные эффекты в этих кристаллах, а также особенности, обусловленные ориентационным упорядочением молекул, могут привести к обнаружению новых физических явлений. Для исследования этих явлений требуются совершенные кристаллы фуллеритов достаточно большого размера (несколько миллиметров).

Технологические возможности получения фуллеритов (метод сублимации) на Земле приводят к высокой плотности дислокаций в них, появлению малоугловых границ и других дефектов, что ограничивает возможности приготовления совершенных массивных кристаллов фуллерита в наземных установках. Возникает неоднозначность в интерпретации получаемых результатов исследований, так как неясно, следует ли относить получаемые данные к свойствам идеального кристалла фуллерита, или они описывают свойства дефектов в исследуемых образцах.

В космических условиях из-за отсутствия гравитации изменяются условия взаимодействия вещества со стенками контейнера. В частности, отсутствие плотного контакта вещества со стенками ростовой ампулы, а также пластической деформации кристалла под действием собственного веса создают благоприятные условия для уменьшения плотности дислокаций, границ зерен в растущем кристалле. Кристаллы фуллерита, полученные в условиях микрогравитации, должны обладать лучшими структурой и свойствами, чем наземные аналоги.

Новизна эксперимента:

Рост кристаллов С70 в условиях микрогравитации до настоящего времени еще не проводился. Поэтому возникает интерес к выращиванию монокристаллов С70 с малым количеством дефектов структуры.

Научная аппаратура:

Для проведения КЭ будет использоваться комплект научной аппаратуры "МЭП-01", предназначенной для выращивания кристаллов с использованием сменных нагревательных блоков.

Разработчик и изготовитель НА: филиал ФГУП "ЦЭНКИ" – Конструкторское бюро общего машиностроения имени В.П. Бармина.

Технические характеристики:

- Температура нагревателя от 400 до 1000 град С с шагом нагрева 1 град;

- Постоянная скорость перемещения контейнера с образцом вдоль оси нагревателя от 0,1 до 0,5 мм/ч с шагом 0,05 мм/ч;

- Перемещение контейнера от 60 до 140 мм;

- Регулируемая скорость нагрева 1000 град/ч и 50 град/ч;

- Скорость регулируемого охлаждения 50 град/ч до температуры 400 град С;

- Максимальная мощность потребления не более 350 Вт;

- Величина магнитной индукции вращающегося магнитного поля до 4 мТл с частотой от 25 до 200 Гц.

НА "МЭП-01" будет использоваться в экспериментах "Магнитоконтроль", "Мираж", "Фуллерен".

Ожидаемые результаты:

Крупные кристаллы фуллеритов с низкой плотностью структурных дефектов пригодных для исследования их свойств.

Сроки проведения: 2022-2024 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Институт физики твердого тела Российской академии наук
Организации участники: Филиал ФГУП "ЦЭНКИ" – КБОМ им. В.П.Бармина; РКК "Энергия" им. С.П. Королёва; ЦПК им. Ю.А. Гагарина; ЦУП-ЦНИИмаш.
Научный руководитель: Левченко А.А., ИФТТ РАН, зам.директора, д.ф.-м.н.
Публикации по эксперименту:

Список публикаций в процессе редактирования.

Последнее обновление: 22.07.2019
Страна: Россия