Fullerit, fulleren moleküllerinin moleküler kristalleridir.
Fulleritler fullerenlerin katı fazlarıdır. Bunlar van der
Waals moleküllerrarası etkileşimleri olan moleküler kristallerdir; örneğin toluen
içerisinde fulleren ekstraklarının buharlaştırılması yoluyla, fullerenleri
ark-deşarj kurumundan (isinden) izole etmek için kullanılır. Ark deşarj
tekniğinin mucitleri W. Kratschmer ve D. Huffman, 1990 yılında Heidelberg
Nükleer Fizik Enstitüsünde katı bir fulleriti izleyen ilk kişilerdiler.
C60 fulleren, 1.5 eV bant aralığına sahip bir yarı
iletkentir. C60 molekülleri küremsi olduğundan, bunların en uygun paketlenmeleri,
her kürenin altı diğeriyle çevrelendiği, sıkı yassı tabaka yığınları olarak
görülebilen, sıkı-latislerdir. Her tabakanın küreleri, bir önceki tabaka
tarafından oluşturulan üçgen boşluklara sığar.
Her bir tabaka her iki yanda boşlukların iki eşdeğer alt
kümesi oluşturduğundan, katmanların nispi yerleşiminde, yani poli
tiplendirmelerde farklılık gösteren potansiyel olarak sonsuz bir yakın-paketleme
biçimi ailesi vardır. C60 fulleritte, moleküller üç-tabakalı yakın-paketlenmiş
bir kafes oluşturur ... ABCABC ...; yani moleküllerin her üç tabakada
birbirinin üstünde olduğu anlamına gelir. Böyle bir latis yüz-merkezli bir
kübik (FCC) latis olarak da bilinir. Bununla birlikte, heksagonal
sıkı-paketlenmiş (HCP), iki-tabakalı sıkı-paketlenmiş bir latis gibi, biraz
daha az kararlı fullerit modifikasyonları olabilir ... ABAB ... Politipler,
boşluk sisteminin topolojisinde de farklıdır.
Bir fulleritteki C60 molekülleri yeniden
yönlendirme (reoriyantasyon) yeteneğine sahiptir (rotasyon), rotasyonal (dönme)
serbestlik dereceleri sıcaklık arttıkça giderek serbestleşir. Bu, yaklaşık 261
K'de oriyantasyonal faz geçişine neden olur. Daha yüksek sıcaklıklarda,
moleküller tamamen izotropik bir şekilde dönerler ve kristalin dinamik
simetrisi, FCC latisin simetrisiyle eşleşir. Daha düşük sıcaklıklarda, sadece
belirli reoriyantasyon türleri mümkündür, bu nedenle moleküllerin pozisyonları
değişmese de, kristalin gerçek simetriği daha düşük olur.
Fulleritler, grafite kıyasla termodinamik olarak metastabil
olmasına rağmen, kimyasal ve termal yönden oldukça kararlıdırlar. Grafitize
hale gelmeye başladığında, 1200 K'ye kadar olan bir inert gaz atmosferinde
kararlı kalırlar. Bu sıcaklığa kadar herhangi bir sıvı fazı gözlenmez. Oksijen
varlığında (500 K’e kadar oksidasyon düşüktür) CO ve CO2 oluşur.
Eser miktarlardaki çözücü, fulleritlerin kimyasal bozunumunu da kolaylaştırır.
Fulleritler, polar olmayan aromatik çözgenlerde ve karbon disülfürde (CS2)
oldukça kolay çözünürler.
Fulleritlerdeki fulleren molekülleri sıkı-paketlendiğinden,
fulleritler ışık, elektron bombardımanı veya basınca maruz bırakılarak çeşitli
oligomer ve polimer fazları üretmek için kullanılabilir. Linkli C60
moleküllerinin doğrusal zincirlerinin yanı sıra, sırasıyla, kovalent bağlı
tetragonal ve heksagonal C60 tabakalarından oluşan tetragonal ve
rhombohedral fazlar oluşturan ortorombik faz, 10 GPa kadar basınç altında elde
edilir.
Ayrıca, bu magnetik olayların doğası ve deneysel veriler tamamen
net olmadığı halde, artan basınç ve sıcaklık altında fulleritlerden elde edilen
ferromagnetik polimerize fazlar (magnetik karbon) de mevcuttu. Bu tür etkiler
kusurların oluşması, safsızlıklar ve kısmen tahrip edilmiş fulleren
moleküllerinden kaynaklanabilir. 10 GPa'nın üzerindeki basınçlarda ve 1800
K'nin üzerindeki sıcaklıklarda, elmas fazı elde edilir ve belirli koşullar
altında nanoelmasları oluşturur. Elmasların, grafitten daha düşük sıcaklıklarda
fulleritlerden oluştuğu dikkate değerdir.
Fulleritler, atomları ve küçük molekülleri kapsüleyebilen
nispeten büyük moleküllerarsı boşluklara sahiptir. Onların alkali metal
atomları ile doldurulmasıyla, 20-40 K sıcaklığa kadar süper iletken özellikler
sergileyen fulleridler oluşur.
Fullerit yapısı
