2.1.6. Механізми утворення фулеренів.

В даний час великий інтерес представляють різні способи утворення молекули фулерена з фрагментів. Знання механізмів утворення фулеренів дозволяє цілеспрямовано створювати і змінювати способи і умови синтезу різних типів фулеренів і їх похідних. Коли вуглець випаровується, велика частина його атомів групується в кластери.

Кластери, що містять до 10 атомів, при низьких температурах в основному утворюють моноциклічні кільця. При дуже високих температурах такі кільця розриваються з утворенням великої кількості фрагментів, що містять приблизно 25 атомів вуглецю, у вигляді лінійних ланцюжків. У міру конденсації лінійні ланцюжки подовжуються і стають достатньо великими. Прагнучи більш низького енергетичного рівня, вони позбавляються від зайвих зв'язків і закручуються, утворюючи замкнуту структуру.

Можливе утворення молекули фулерена С₆₀ в результаті об'єднання двох фрагментів (рис.1). Перший фрагмент, що складається з семи шестикутників (30 атомів), згортається в об'ємну структуру. Другий фрагмент, що складається з двох шестикутників (10 атомів), утворює з першим фрагментом шестикутник і два п'ятикутники. Остаточно молекула С₆₀ виходить при додаванні ще двох фрагментів парних шестикутників.

Хіміки з Північно-західного університету (США) пропонують іншу послідовність утворення фулеренів. Випарувавши лазером графіт і визначаючи хімічний склад вуглецевих фрагментів, що утворилися, вони прийшли до висновку, що окремі кластери (подвійні цикли з десяти атомів вуглецю - двох сполучених бензолових кілець) зливаються в більші, причому при підвищенні температури вони переходять у форму одиничної замкнутої петлі. Коли число атомів вуглецю в цьому кільці досягає сорока, воно може утворити кулю (рис. 2). Вірогідність такого процесу зростає, коли кільце містить більше 60 атомів вуглецю. Замкнуте кільце - єдиний несферичний ізомер, який може витримувати високі температури; воно і служить проміжною ланкою на шляху до молекули, що має сферичну форму.