Фуллерены - третья форма углерода. Межмолекулярные силы и термодинамические свойства семейства фуллеритов

Приведен краткий обзор предыстории и открытия фуллеренов (а затем и углеродных нанотрубок), которые представляют собой третью, молекулярную, форму углерода и разных, преимущественно физических, свойств фуллеритов, т.е. кристаллов, составленных из молекул фуллеренов. Основное внимание уделяется межмолекулярным силам, особенно в ориентационно разупорядоченных фазах. Представлен потенциал Жирифалко для восьми фуллеритов от C28 до C96 и сделаны его обобщения для взаимодействий между молекулами различных фуллеренов, Cm и Cn. Обсуждены термодинамические свойства высокотемпературных модификаций семейства фуллеритов, от С36 до C96, вычисленные в равновесии с их насыщенным паром на основе корреляционного метода несимметризованного самосогласованного поля, который дает возможность учета сильного ангармонизма колебаний кристаллической решетки. Расчеты выполнены вплоть до температур потери устойчивости (точек спинодали) Ts. Проведено сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными. Поведение некоторых характеристик рассмотрены в зависимости от числа атомов в молекуле. Используя критерий плавления Линдеманна, оценена возможная кривая плавления фуллерита C60

Fullerenes as a Third Form of Carbon. Intermolecular Forces and Thermodynamic Properties of the Fullerites Family

A brief review is being done on the pre-history and discovery of fullerenes (and then carbon nanotubes) that make the third, molecular, form of carbon and on various, predominantly physical, properties of fullerites, i.e. of crystals composed of fullerene molecules. Particular attention is being given to the intermolecular forces, especially at orientationally disordered phases. The Girifalco potential is presented for eight fullerenes from C28 to C96 and its generalization is made for the interactions between the different fullerene molecules, Cm and Cn. The thermodynamic properties of the high-temperature modifications of a family of the fullerites, from C36 up to the C96, calculated in equilibrium with their saturated vapors on the basis of the correlative method of the unsymmetrized self-consistent field that enables one to take into account the strong anharmonicity of the lattice vibrations, are discussed. The calculations were accomplished up to the temperature of loss of stability (spinodal point) Ts. We compare our results with available experimental data. The behavior of some characteristics is considered in their dependence on the number of atoms in the molecule. Using the Lindemanns melting criterion we estimate a possible melting curve for the C60 fullerite