Механические и трибологические свойства

Молекулы фуллеренов обладают высокой механической прочностью.Теоретические оценки модуля объемного сжатия. В для отдельной молекулы фуллерена С60 дают величины ~720 − 900 ГПа. У кристалла алмаза В ~ 450 ГПа, т.е. он в два раза более легко сжимаем, чем отдельные молекулы фуллерена С60. Однако, вследствие слабости вандерваальсовских межмолекулярных связей в кристалле фуллерита С60, имеющем при обычных условиях ГЦК-решетку, модуль В в нем составляет всего лишь ~18 ГПа, т.е. в 50 раз меньше, чем у отдельной молекулы (рис 10).

Ценным свойством кристаллического фуллерита является возможность его структурной перестройки при повышенных температурах и давлениях с уменьшением межмолекулярного расстояния и образованием при этом прочных ковалентных связей между атомами углерода соседних молекул. При этом такой модифицированный фуллерит обладает высокой твердостью к скручивающей деформации, которая даже превышает соответствующее значение для алмаза.

Рисунок 10 – Элементарная ячейка ГЦК-решетки фуллерена

Еще одним направлением исследований является возможность получения из фуллеренов искусственных алмазов. При этом требуются существенно более низкие температуры и давления, чем при получении искусственных алмазов из поликристаллического графита. Фуллерены, главным образом С60, открывают большие перспективы создания высокоэффективных смазочных материалов, как в виде твердых пленочных покрытий, так и в виде различных растворных композиций. Этому идеально способствуют сферическая форма молекул С60, а также их высокая прочность на сжатие и слабые межмолекулярные связи в кристалле. Такие свойства фуллерена С60 дают все основания говорить о нем, как о молекулярном подшипнике. Уже достигнуто улучшение на порядок и более трибологических характеристик фуллеренсодержащих смазок по сравнению с лучшими из ранее разработанных традиционных смазок. При этом такой молекулярный подшипник является универсальным – он может использоваться и в маслах, и в консистентных смазках, и в твердых покрытиях при различных нагрузках и скоростях движения трущихся поверхностей.