RU2607403C2

RU2607403C2 - Method of producing endohedral nanostructures based on implanted ions channeling

Info

Publication number: RU2607403C2
Application number: RU2014114826A
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Горюнов
Original assignee: Юрий Владимирович Горюнов
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2017-01-10
Also published as: RU2014114826A

Abstract

FIELD: nanotechnology.

SUBSTANCE: method of producing endohedral nanostructures involves introduction of accelerated ions, for example metal ions, in polyhedral nanostructures, for example, fullerene molecules. Relative position of polyhedral nanostructure and oncoming implanted ion is fixed with nanochannels of track membrane, which is implanting, in which collision takes place. Nanochannels have doubly conical shape with internal narrowing to impede transition of molecules of polyhedral nanostructure from one side of membrane to the other, focusing of moving ion to center of nanochannel and releasing of polyhedral nanostructural molecule from it after ion implantation. Part doubly conical shape nanochannel and track membrane surface between nanochannels are made conducting from the side of supply of molecules of polyhedral nanostructures to provide accelerating and focusing potential, applied to molecules of polyhedral nanostructure in nanochannel. Second track membrane is used to form ion flow structure, which is membrane of ion source, made in single process with the first one, and repeating structure of nanochannels’ location on first implanting membrane. Controlled DC voltage is supplied between above track membranes. Volumes of reactor with flows of transmitted polyhedral nanostructures, ions, as well as obtained endohedral nanostructures, are separated with implanting membrane and kept in these temperatures providing supply and required aggregate state of materials, involved in process of implantation, as well as removal of products from implantation area. When producing endohedral structures in solution, polar solvent is used, in which molecules of polyhedral nanostructures obtain negative charge, and implanted ions obtain positive charge.

EFFECT: output of endohedral nanostructures is increased.

1 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области применения нанотехнологии при получении специфических соединений и молекулярных наноструктур.The invention relates to the field of application of nanotechnology in the production of specific compounds and molecular nanostructures.

Классы изобретенияClasses of invention

В82В 1/00 Наноструктуры, полученные манипулированием отдельными атомами или молекулами, или ограниченным набором атомов или молекул, как дискретными объектами.B82B 1/00 Nanostructures obtained by manipulating individual atoms or molecules, or by a limited set of atoms or molecules, as discrete objects.

В82В 3/00 Производство или обработка нано-структур путем манипулирования отдельными атомами или молекулами, или ограниченным набором атомов или молекул, как дискретными объектами.B82B 3/00 Production or processing of nano-structures by manipulating individual atoms or molecules, or a limited set of atoms or molecules, as discrete objects.

Уровень техникиState of the art

С момента открытия фуллеренов (см. фигуру 1, А) в 1985 г. [Kroto H.W., Heath J.R., O'Brien S.C., et al. Nature, 318, 162 (1985)] на данные вещества возлагаются большие надежды в самых различных областях техники, медицины, нанотехнологии. Наряду с углеродными фуллеренами, имеющими каркасную полиэдральную молекулу, открыты и изучаются аналогичные образования других элементов - кремния, бора, боронитридов, халькогенидов вольфрама и молибдена, оксиды кремния, германия олова (см. Ивановский А.Л. Неуглеродные нанотрубки, синтез и моделирование. Успехи химии, с 203 71 (2002); Сорокин П.Б. «Теоретические исследования физико-химических свойств низкоразмерных структур», разд. 1.5 и гл. 4, докт. дисс., Москва, 2014; библиографию в них). Еще более широкими сферами применения обладают эндофуллерены (см. пример на фигуре 1, Б-В). Однако расширение применения фуллеренов, эндофуллеренов (см., например, приложенную статью Л.Н. Сидорова и И.Н. Иоффе в «Соросовский обр. журнал», 7, 30 (2001)), нанотрубок и пиподов (см. например, приложенную статью Ивановского А.Л. в «Химия и жизнь», 1, 20 (2004) сдерживают трудности их получения и, соответственно, высокая стоимость. Основным методом получения эндоэдральных фуллеренов, как и самих чистых фуллеренов, является метод сжигания графитовых электродов в электрической дуге низкого давления [Kratschmer W., Lamb L.D., Fostiropoulos К., Huffman D.R. Nature, V. 347, №354 (1990)]. В случае получения эндофуллеренов этот метод модифицируется, главным образом, путем использования специальной конструкции графитовых электродов, обеспечивающих поступление в зону реакции соответствующих материалов [Богданов А.А., Дайнигер Д., Дюжев Г.А. ЖТФ, 70, №5, 001 (2000); В.И. Герасимов и др., Одностадийный плазменно-дуговой синтез металло-эндофуллеренов // Журнал прикладной химии, 80, 1864-1869 (2007)]. При этом получается смесь различных модификаций углерода, различных фуллеренов и эндофуллеренов, которую потом разделяют на чистые вещества растворением в соответствующих растворителях (толуол, серный углерод) и применением жидкостной хроматографии. Способы получения различных эндоэдральных структур достаточно подробно описаны в статье [Елецкого А.В. Эндоэдральные структуры, УФН, 170, 113-142 (2000)]. В данном источнике и в указанной в нем литературе имеется информация о применении ионной имплантации или плазменной обработки при получении ряда эндофуллеренов и эндоэдральных структур. В ней, в частности, имеется указание на чрезвычайно малый выход полезного продукта в процессе его получения - на уровне 10^-4массовой доли исходного материала. [Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский А.Я., Трушков И.В., Иоффе И.Н. Фуллерены. Изд. «Экзамен», Москва, 2005 г., 688 стр. ; Аврамов П.В., Варганов С.А., Овчинников С.Г., ФТТ, 42, №11, с. 2103-2110 (2000); Сидоров Л.Н., Иоффе И.Н. Эндоэдральные фуллерены, Соросовский образовательный журнал, 7, №8, с. 30-36 (2001)].Since the discovery of fullerenes (see Figure 1, A) in 1985 [Kroto HW, Heath JR, O'Brien SC, et al. Nature, 318, 162 (1985)] high hopes are pinned on these substances in various fields of engineering, medicine, nanotechnology. Along with carbon fullerenes having a polyhedral skeleton molecule, similar formations of other elements are discovered and studied - silicon, boron, boronitrides, tungsten and molybdenum chalcogenides, silicon oxides, tin germanium (see Ivanovsky A.L. Non-carbon nanotubes, synthesis and modeling. Success) Chemistry, p. 203 71 (2002); Sorokin PB “Theoretical studies of the physicochemical properties of low-dimensional structures”, Section 1.5 and Chapter 4, Doctoral dissertation, Moscow, 2014; bibliography therein). Endofullerenes are even more widely used (see the example in figure 1, BB). However, the expansion of the use of fullerenes, endofullerenes (see, for example, the attached article by L. N. Sidorov and I. N. Ioffe in Soros Sample Journal, 7, 30 (2001)), nanotubes and pipodes (see, for example, the attached the article by AL Ivanovsky in “Chemistry and Life”, 1, 20 (2004) is hindered by the difficulties of their production and, accordingly, the high cost. The main method for producing endohedral fullerenes, as well as pure fullerenes themselves, is the method of burning graphite electrodes in an electric arc low pressure [Kratschmer W., Lamb LD, Fostiropoulos K., Huffman DR Nature, V. 347, No. 354 (1990)]. In the case In order to obtain endofullerenes, this method is modified mainly by using a special design of graphite electrodes that ensure the supply of the corresponding materials to the reaction zone [Bogdanov A.A., Dainiger D., Dyuzhev G.A. ZhTF, 70, No. 5, 001 (2000 ); V.I. Gerasimov et al., One-stage plasma-arc synthesis of metal-endofullerenes // Journal of Applied Chemistry, 80, 1864-1869 (2007)]. This results in a mixture of various modifications of carbon, various fullerenes and endofullerenes, which are then separated into pure substances by dissolving in appropriate solvents (toluene, sulfur carbon) and using liquid chromatography. Methods of obtaining various endohedral structures are described in sufficient detail in the article [A. Yeletsky Endohedral structures, UFN, 170, 113-142 (2000)]. This source and the literature therein contain information on the use of ion implantation or plasma treatment in the preparation of a number of endofullerenes and endohedral structures. In it, in particular, there is an indication of the extremely small yield of a useful product in the process of its production - at the level of 10 ^-4 mass fractions of the starting material. [Sidorov L.N., Yurovskaya M.A., Borschevsky A.Ya., Trushkov I.V., Ioffe I.N. Fullerenes. Ed. “Exam”, Moscow, 2005, 688 pages; Avramov P.V., Varganov S.A., Ovchinnikov S.G., FTT, 42, No. 11, p. 2103-2110 (2000); Sidorov L.N., Ioffe I.N. Endohedral fullerenes, Soros Educational Journal, 7, No. 8, p. 30-36 (2001)].

В работе [Weidinger A., Waiblinger, M.; Pietzak, В.; Almeida Murphy, Т., «Atomic nitrogen in С₆₀: N@C₆₀», Applied Physics, 66, 287 (1998)] описывается способ получения эндофуллерена с внедренным внутрь молекулы С₆₀ атомом азота. Данный способ основывается на напылении на медную подложку слоев фуллерена и бомбардировкой этих слоев ионами азота (см. фигуру 2). После этого производится растворение напыленных слоев фуллерена и выделение из раствора эндофуллерена азота. Этот способ рассматривается нами как ближайший аналог заявляемому изобретению. Аналогично, метод имплантации применяется для получения эндофуллеренов щелочных металлов, для которых, в частности, обнаружена зависимость оптимальной энергии от размера внедряемого иона [Campbell E.B.B., et al., Chem. Phys., 239, 299 (1998)]. Таким образом, на данный момент сформировались определенные представления о процессах внедрения ионов в молекулу фуллеренов, об энергетике этих процессов, о структуре и свойствах получаемых молекул эндофуллеренов [В.К. Кольтовер «Эндофуллерены: от химической физики к базовым элементам для нанотехнологий и наномедицины» // Российский Химический Журнал (ЖРХО им. Д.И. Менделеева), 53, №2, 79-85 (2009)]. Вместе с тем при изучении этой литературы становится очевидным, что для получения этих перспективных для нанотехнологий материалов технологии такого уровня практически не применяются.In [Weidinger A., Waiblinger, M .; Pietzak, B .; Almeida Murphy, T., "Atomic nitrogen in C ₆₀ : N @ C ₆₀ ", Applied Physics, 66, 287 (1998)] describes a method for producing endofullerene with a nitrogen atom embedded in a C ₆₀ molecule. This method is based on the deposition of fullerene layers on a copper substrate and the bombardment of these layers by nitrogen ions (see figure 2). After this, the sprayed layers of fullerene are dissolved and nitrogen is released from the endofullerene solution. This method is considered by us as the closest analogue of the claimed invention. Similarly, the implantation method is used to obtain endofullerenes of alkali metals, for which, in particular, the dependence of the optimal energy on the size of the introduced ion was found [Campbell EBB, et al., Chem. Phys., 239, 299 (1998)]. Thus, at the moment, certain ideas have formed about the processes of the introduction of ions into the fullerene molecule, about the energy of these processes, about the structure and properties of the obtained endofullerene molecules [V.K. Colover “Endofullerenes: from chemical physics to basic elements for nanotechnology and nanomedicine” // Russian Chemical Journal (ZhRKhO named after DI Mendeleev), 53, No. 2, 79-85 (2009)]. At the same time, when studying this literature, it becomes obvious that technologies of this level are practically not used to obtain these materials promising for nanotechnology.

Ближайший аналогThe closest analogue

Из упомянутой литературы известно, что эндоэдральные фуллерены с внедренными внутрь молекулы фуллерена атомом или группой атомов (химическим комплексом) наряду с применением вакуумной электрической дуги или лазерного распыления получаются, в частности, методом имплантации требуемых ионов, производимой посредством облучения порошка фуллерена ионным пучком или обработкой в плазме. В то же время применяются способы одновременного осаждения фуллерена на подложку и обработки образующейся пленки пучком имплантируемых ионов. Данные способы близки по уровню техники к заявляемому способу. Как было указано выше, в качестве ближайшего аналога взят способ, описанный в работе Weidinger A., et al. Applied Physics, 66, 287 (1998), а также в УФН 2000. Т. 170. С. 113-142, (см. фигуру 2). В данном способе процесс получения эндофуллерна производится в вакуумной камере 6 в вакууме, обеспечивающем химическую чистоту получаемых эндофуллеренов и перенос имплантируемых ионов из источника 2 и паров фуллерена из источника 5 на подложку 3. Контроль за процессом осуществляется по ионному току и измерителю 4 толщины напыляемой пленки. Данный способ имеет несомненные преимущества перед способом имплантации ионов в порошок фуллерена, т.к. предполагает, что имплантация ионов происходит только в поверхностные молекулы фуллерена. Это требует применения ионов с низкой энергией (40-100 eV), что существенно уменьшает долю разрушенных молекул фуллерена. Однако данный способ имеет такой же существенный недостаток, как низкий выход полезного продукта и, соответственно, высокий уровень энергетических затрат. Анализ процесса имплантации иона в молекулу фуллерена приводит к выводу, что наиболее вероятной причиной низкого выхода эндофуллерена при имплантации является нестабильность условий, при которых имплантируемый атом проникает через сетку межуглеродных связей внутрь молекулы фуллерена. Эта нестабильность обусловлена как геометрическими факторами - ориентация молекулы относительно направления подлета имплантируемого иона (т.е. ион попадает в атом углерода, межатомную связь или в свободное окно) и прицельного расстояния (определяет распределение энергии и импульса между молекулой фуллерена и ионом даже при упругом соударении), так и вероятностными квантово-механическими факторами. В последнем случае с определенной вероятностью (фактор Дебая-Валера) энергия и импульс налетающего иона может быть передан как молекуле фуллерена в целом, так и отдельным ее частям и их колебательным степеням свободы. Вследствие многообразия факторов, влияющих на «чистое» вхождение имплантируемого иона внутрь молекулы фуллерена, вероятность этого вхождения для иона с определенной энергией не велика. Слегка ситуацию мог бы исправить подбор угла облучения имплантируемыми ионами при эпитаксиальном росте пленки фуллерена на подложке. В монокристаллической пленке все поверхностные молекулы фуллерена ориентированы относительно направления бомбардировки одинаково. Подбор угла даст возможность облучать в сетке межуглеродных связей молекулы фуллерена окно наибольшего проходного сечения. Однако кардинального изменения ситуации в данном способе это не принесет. Ожидается, что такая модификация способа-аналога (которая, кстати, в изученной литературе не называется) может увеличить выход полезного продукта в несколько раз, хотя это по-прежнему будет смесь различных эндофуллеренов. Устранить эти недостатки призвано заявляемое изобретение.It is known from the literature that endohedral fullerenes with an atom or a group of atoms embedded in the fullerene molecule (chemical complex), along with the use of a vacuum electric arc or laser spraying, are obtained, in particular, by implanting the required ions by irradiating the fullerene powder with an ion beam or by processing plasma. At the same time, methods are used to simultaneously deposit fullerene on a substrate and treat the resulting film with a beam of implantable ions. These methods are similar in prior art to the claimed method. As mentioned above, as the closest analogue, the method described in the work of Weidinger A., et al. Applied Physics, 66, 287 (1998), as well as in Physics-Uspekhi 2000. T. 170.S. 113-142, (see figure 2). In this method, the process of producing endofullern is carried out in a vacuum chamber 6 in a vacuum, which ensures the chemical purity of the obtained endofullerenes and the transfer of implantable ions from source 2 and fullerene vapors from source 5 to substrate 3. The process is monitored by the ion current and meter 4 of the thickness of the sprayed film. This method has undoubted advantages over the method of implanting ions into fullerene powder, because suggests that implantation of ions occurs only in the surface molecules of fullerene. This requires the use of ions with low energy (40-100 eV), which significantly reduces the fraction of destroyed fullerene molecules. However, this method has the same significant drawback as a low yield of a useful product and, accordingly, a high level of energy costs. An analysis of the process of implantation of an ion into a fullerene molecule leads to the conclusion that the most probable reason for the low yield of endofullerene during implantation is the instability of the conditions under which the implanted atom penetrates through the network of carbon bonds into the fullerene molecule. This instability is caused both by geometric factors - the orientation of the molecule relative to the direction of approach of the implantable ion (i.e., the ion enters the carbon atom, the interatomic bond or the free window) and the impact distance (determines the distribution of energy and momentum between the fullerene molecule and the ion even in elastic collision ) and probabilistic quantum-mechanical factors. In the latter case, with a certain probability (Debye-Valere factor), the energy and momentum of the incident ion can be transferred both to the fullerene molecule as a whole and to its individual parts and their vibrational degrees of freedom. Due to the variety of factors affecting the “pure” entry of an implantable ion into a fullerene molecule, the probability of this entry for an ion with a certain energy is not high. A slightly situation could be corrected by the selection of the angle of irradiation with implantable ions during epitaxial growth of the fullerene film on the substrate. In a single-crystal film, all surface fullerene molecules are oriented with respect to the direction of bombardment in the same way. The selection of the angle will make it possible to irradiate a window of the largest passage area in the network of carbon bonds of the fullerene molecule. However, this will not bring a radical change in the situation in this method. It is expected that such a modification of the analogue method (which, by the way, is not called in the studied literature) can increase the yield of a useful product by several times, although it will still be a mixture of various endofullerenes. To eliminate these disadvantages is the claimed invention.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Сущность изобретения состоит в осуществлении имплантации иона в молекулу фуллерена внутри наноканала определенной длины и диаметра, близкого к размеру молекулы фуллерена. При этом условия столкновения каждого иона, движущегося по центру канала, с каждой молекулой фуллерена, также находящейся вблизи центра канала, становятся в идеале одинаковыми. Одинаковость условий столкновения позволяет подобрать энергию имплантируемого иона такой, что он не отскакивает от молекулы фуллерена, но и не прошивает ее насквозь, оставаясь после соударения внутри молекулы.The essence of the invention consists in the implementation of implantation of an ion into a fullerene molecule inside a nanochannel of a certain length and diameter, close to the size of the fullerene molecule. In this case, the collision conditions of each ion moving in the center of the channel with each fullerene molecule, also located near the center of the channel, ideally become the same. The identical collision conditions allows one to choose the energy of the implantable ion such that it does not bounce off the fullerene molecule, but does not pierce it through, remaining after the collision inside the molecule.

При реализации способа используется одна или две мембраны с наноканалами. В случае использования двух трековых мембран вторая мембрана имеет назначение формирования структуры ионного потока и изготавливается в едином процессе вместе с основной мембраной посредством бомбардировки тяжелыми ионами с энергией, достаточной, чтобы «пробить» обе мембраны. В принципе мембраны могут быть разъединены и смещены относительно друг друга. Но в этом случае необходимо применение ионно-оптической системы, обеспечивающей фокусировку ионов, вылетающих из каналов первой мембраны (трековая мембрана 2 на фиг. 3 и 4), на входных отверстиях каналов второй мембраны (трековая мембрана 3 на фиг. 3 и 4). В настоящее время изготовление трековых мембран с достаточным количеством каналов на единицу поверхности мембран с требуемым размером и формой каналов не представляется технологически невозможным. Методы нанолитографии с применением реакционного ионного травления и теневого напыления позволяют изготовить мембраны с размером каналов менее 1 нМ. Является достаточно заурядным получение мембран для очистки воды с размером каналов 30 нМ и плотностью каналов 10¹⁰ каналов на см². По замыслу изобретения половина двоякоконического канала и поверхность мембраны между каналами покрывается металлом, обладающим требуемыми адсорбционными свойствами. А именно, при температурах проведения процесса каналы не должны забиваться конгломератами молекул фуллерена. С точки зрения эпитаксиального роста пленок должна реализовываться послойная ростовая мода. В научной литературе имеются сведения, что на одних материалах при осаждении пленок фуллерена реализуется ростовая мода Странского-Краштанова (рост изолированных высоких островков), а на других послойная ростовая мода. Последнему критерию отвечает молибден, который в примере, представленном на фигуре 4, выбран в качестве материала покрытия трековых мембран и материала, с помощью которого производится корректировка размера каналов, на которых адсорбируются молекулы фуллерена. Следует подчеркнуть, что в научной литературе имеются очевидные указания на то, что молекула углерода располагается на поверхности кристалла молибдена не случайным образом, а примыкает к его атомам атомами углерода. В случае искривленной поверхности на входе в каналы эти места оказываются наиболее энергетически выгодными и в них должны удерживаться молекулы фуллерена тогда, когда с повышением температуры их адсорбция на ровной или выпуклой поверхности оказывается невозможной. При этом очевидно, что окно в сетке связей в молекуле фуллерена располагается напротив выхода канала. Таким образом, движущийся с другой стороны по сужающемуся каналу имплантируемый ион должен точно войти в окно между углеродными связями в молекулу фуллерена. При этом поскольку его энергия многократно превышает энергию теплового движения и адсорбционную энергию связи образовавшаяся молекула эндофуллерена должна покинуть свое «ложе» на оси канала в ее направлении. Это позволяет разделить потоки молекул фуллерена и молекул эндофуллерена в установке, аналогичной изображенной на фигуре 2 - ближайшем аналоге изобретения. В этом случае конструкция с трековыми наноканальными мембранами, представленная на фигуре 3, располагается на месте подложки 3 фигуры 2, источник ионов с ионно-оптической системой вместо положения 1, 2 на фигуре 2 занимает положение справа на оси перпендикулярной поверхности мембран. Ионизационная камера на фигуре 3 является по сути известным узлом магнетронного распыления напылительных установок, в которой на месте мишени в зависимости от агрегатного состояния имплантируемого вещества устанавливается диск из соответствующего материала, либо подается газ. При этом в целях предотвращения загрязнения каналов мембраны 2 на фиг. 3 и 4 периодически меняются режимы распыления. В случае изготовления мембраны с протяженными коническими каналами, в которых входные для имплантируемых ионов отверстия каналов перекрываются на поверхности мембраны, необходимость во второй мембране, формирующей ионный поток, практически отпадает. В этом варианте процесс будет выглядеть предельно просто. Как и в ближайшем аналоге, на трековую мембрану из диоксида кремния (или иного диэлектрического материала, обладающего отталкивающими свойствами), покрытую с напыляемой стороны молибденом (или иным материалом, обеспечивающим при заданных температурах адсорбцию молекул фуллерена в один слой) со скоростью, определяемой скоростью отвода эндофуллерена, осаждаются пары фуллерена. Избыток паров улавливается охлаждаемыми ловушками, расположенными за подложкой. Молекулы эндофуллерена, выбиваемые из каналов имплантируемыми ионами, улавливаются охлаждаемой ловушкой, расположенными в соответствующем месте вблизи испарителя фуллерена.When implementing the method, one or two membranes with nanochannels are used. In the case of using two track membranes, the second membrane has the purpose of forming the structure of the ion flux and is manufactured in a single process together with the main membrane by heavy ion bombardment with an energy sufficient to “pierce” both membranes. In principle, the membranes can be disconnected and offset relative to each other. But in this case, it is necessary to use an ion-optical system that provides focusing of the ions emitted from the channels of the first membrane (track membrane 2 in Figs. 3 and 4), at the inlet holes of the channels of the second membrane (track membrane 3 in Figs. 3 and 4). Currently, the manufacture of track membranes with a sufficient number of channels per unit surface of the membranes with the required size and shape of the channels does not seem technologically impossible. Nanolithography methods using reactive ion etching and shadow spraying make it possible to produce membranes with channel sizes less than 1 nM. It is quite ordinary to obtain membranes for water purification with a channel size of 30 nM and a channel density of 10 ¹⁰ channels per cm ² . According to the invention, half of the biconical channel and the surface of the membrane between the channels is coated with a metal having the required adsorption properties. Namely, at the temperatures of the process, the channels should not be blocked by conglomerates of fullerene molecules. From the point of view of epitaxial film growth, a layered growth mode should be realized. In the scientific literature there is evidence that, on some materials, when the fullerene films are deposited, the Stransky-Krashtanov growth mode is realized (the growth of isolated high islands), and on others, layer-by-layer growth mode. The last criterion meets molybdenum, which in the example shown in figure 4 is selected as the coating material of track membranes and the material by which the size of the channels on which fullerene molecules are adsorbed is adjusted. It should be emphasized that in the scientific literature there are obvious indications that the carbon molecule is located on the surface of the molybdenum crystal not randomly, but adjoins its carbon atoms. In the case of a curved surface at the entrance to the channels, these places are most energetically favorable and fullerene molecules should be retained in them when, with increasing temperature, their adsorption on a flat or convex surface is impossible. It is obvious that the window in the bond network in the fullerene molecule is located opposite the channel exit. Thus, the implantable ion moving on the other hand along the narrowing channel must precisely enter the window between the carbon bonds into the fullerene molecule. Moreover, since its energy is many times higher than the energy of thermal motion and the adsorption energy of the bond, the resulting endofullerene molecule must leave its “bed” on the channel axis in its direction. This allows you to separate the flows of fullerene molecules and endofullerene molecules in an installation similar to that depicted in figure 2 - the closest analogue of the invention. In this case, the design with track nanochannel membranes, shown in figure 3, is located on the substrate 3 of figure 2, the ion source with the ion-optical system instead of position 1, 2 in figure 2 occupies the position on the right on the axis of the perpendicular surface of the membranes. The ionization chamber in figure 3 is essentially a known unit of magnetron sputtering of spraying devices, in which, at the site of the target, depending on the state of aggregation of the implanted substance, a disk of the corresponding material is mounted or gas is supplied. Moreover, in order to prevent contamination of the channels of the membrane 2 in FIG. 3 and 4 periodically change spray patterns. In the case of manufacturing a membrane with extended conical channels, in which the channel openings for the implantable ions overlap on the surface of the membrane, the need for a second membrane that forms the ion flux practically disappears. In this embodiment, the process will look extremely simple. As in the closest analogue, on a track membrane made of silicon dioxide (or other dielectric material with repulsive properties), coated on the sprayed side with molybdenum (or other material that ensures adsorption of fullerene molecules in one layer at specified temperatures) at a speed determined by the removal rate endofullerene, fullerene pairs precipitate. Excess vapors are trapped by cooled traps located behind the substrate. Endofullerene molecules knocked out of the channels by implantable ions are trapped by a cooled trap located in an appropriate place near the fullerene evaporator.

Представляется заманчивым использовать в качестве источника имплантируемых атомов плазменный факел, образующийся при импульсном лазерном воздействии на мишень, поскольку энергия движущихся в этом факеле частиц достаточна, чтобы проникнуть внутрь молекулы фуллерена. Однако, по всей видимости, это предложение не является оптимальным вследствие большого разброса энергий атомов в факеле и наличия в нем конденсированных конгломератов. Использование ионных пучков, энергию которых можно менять с высокой точностью, обеспечение единообразной адсорбции молекул фуллерена на каналах являются обстоятельствами, обуславливающими выбор способа получения эндофуллеренов в заявляемом изобретении. Кроме того, в рамках данной работы возможно реализовать разделение смеси фуллеренов на трековых мембранах, просвет каналов которых прецезионно откорректирован напылением нескольких атомных слоев, например молибдена, на конические стенки каналов.It seems tempting to use a plasma torch as a source of implantable atoms, which is produced by pulsed laser irradiation of a target, since the energy of particles moving in this torch is sufficient to penetrate the fullerene molecule. However, apparently, this proposal is not optimal due to the large spread of atomic energies in the flare and the presence of condensed conglomerates in it. The use of ion beams, the energy of which can be changed with high accuracy, ensuring a uniform adsorption of fullerene molecules on the channels are circumstances that determine the choice of the method of producing endofullerenes in the claimed invention. In addition, within the framework of this work, it is possible to realize the separation of a mixture of fullerenes on track membranes, the lumen of the channels of which is precision adjusted by sputtering several atomic layers, for example, molybdenum, on the conical walls of the channels.

Получение эндофуллеренов с применением наноканальных трековых мембран возможно выполнить в жидкой фазе с применением растворов соответствующих реагентов в полярных макромолекулярных растворителях. В книге Матысина З.А. и др., Углеродные наноматериалы и фазовые превращения в них, Днепропетровск, Наука и образование, 2007, в сборнике, Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии, 2010, т. 8, №2, с. 421-429, © 2010 ИМФ (Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины) в статье Д.В. Щур, с соавторами. Особенности влияния некоторых МОС на свойства массивных фуллеренсодержащих электроосажденных покрытий, описываются эксперименты по электрофорезу и электроосаждению фуллеренов в растворах углеводородных растворителей, в частности использовался растворитель состава толуол-этанол 5:1. Потенциалы 400-800 воды, упоминаемые в этих источниках, существенно превышают потенциалы, необходимые для имплантации. В этом случае молекулы растворителя, как и молекулы фуллерена не могут перейти с одной стороны мембраны на другую, тогда как ионы, внедряемые в молекулу фуллерена, могут это сделать под влиянием приложенного напряжения. Учитывая, что молекулы фуллеренов и металлы имеют различное сродство к электрону, то возможен подбор растворителя, в котором молекула фуллерена приобретает отрицательный заряд, а ион металла - положительный. При разделении данных растворов мембраной и приложении напряжения между растворами возможно блокирование канала мембраны отрицательным ионом фуллерена и прорыв к нему положительного иона металла и образование эндофуллерена, которое при обычном смешении дало бы экзофуллерен.Obtaining endofullerenes using nanochannel track membranes can be performed in the liquid phase using solutions of the corresponding reagents in polar macromolecular solvents. In the book of Matysin Z.A. et al., Carbon nanomaterials and phase transformations in them, Dnepropetrovsk, Science and Education, 2007, in the collection, Nanosystems, nanomaterials, nanotechnologies, 2010, v. 8, No. 2, p. 421-429, © 2010 IMF (G.V. Kurdyumov Institute of Metal Physics, National Academy of Sciences of Ukraine) in the article by D.V. Schur, et al. Peculiarities of the influence of some MOCs on the properties of massive fullerene-containing electrodeposited coatings, experiments on the electrophoresis and electrodeposition of fullerenes in solutions of hydrocarbon solvents are described, in particular, a 5: 1 toluene-ethanol solvent was used. Potentials of 400-800 water mentioned in these sources significantly exceed the potentials required for implantation. In this case, the solvent molecules, like the fullerene molecules, cannot pass from one side of the membrane to the other, while the ions introduced into the fullerene molecule can do this under the influence of the applied voltage. Considering that fullerene molecules and metals have different electron affinities, it is possible to select a solvent in which the fullerene molecule acquires a negative charge and the metal ion becomes positive. When these solutions are separated by a membrane and voltage is applied between the solutions, it is possible to block the membrane channel with a negative fullerene ion and break through a positive metal ion to it and form endofullerene, which would produce exofullerene by normal mixing.

Перечень фигур, чертежей и иных материаловList of figures, drawings and other materials

Фигура 1. Примеры структур молекулы фуллерена и молекул эндофуллерена.Figure 1. Examples of structures of the fullerene molecule and endofullerene molecules.

Фигура 2. Аналог заявляемого изобретения. Схема установки для получения эндофуллерена N@С₆₀ посредством одновременного напыления С₆₀ и облучения подложки ионами азота из работы Weidinger А.Figure 2. An analogue of the claimed invention. Scheme of the apparatus for producing endofullerene N @ C ₆₀ by simultaneous deposition of C ₆₀ and irradiation of the substrate with nitrogen ions from Weidinger A.

Фигура 3. Принципиальная схема узла с двумя наноканальными мембранами в установке для получения эндофуллеренов по способу, заявляемому в изобретении.Figure 3. Schematic diagram of a node with two nanochannel membranes in an apparatus for producing endofullerenes according to the method claimed in the invention.

Фигура 4. Схема процессов ионизации и имплантации, протекающих на наноканальных трековых мембранах.Figure 4. Scheme of ionization and implantation processes occurring on nanochannel track membranes.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

A. Структура молекулы фуллерена С₆₀. Рисунок из источника [366] в статье Елецкий А.B., Смирнов Б.М. Фуллерены и структуры углерода. - УФН, 165, №9. 977-1009 (1995) http://ru.science.wikia.com/wiki/Фуллерены.A. Structure of the fullerene C ₆₀ molecule. Figure from the source [366] in the article Yeletsky A.B., Smirnov B.M. Fullerenes and carbon structures. - Physics-Uspekhi, 165, No. 9. 977-1009 (1995) http://ru.science.wikia.com/wiki/Fullerenes.

Б, В. Структура молекул эндофуллерена M@C₈₂ и M₂@C₈₂ (источник [88] в статье Елецкого А.В. Эндоэдральные структуры // УФН, 170, 113-142 (2000)).B, C. The structure of the molecules endofullerene M @ C ₈₂ and M ₂ @C ₈₂ (source [88] in the article Eletski AV Endohedral structure // Uspekhi, 170, 113-142 (2000)).

Фигура 2. Аналог заявляемого изобретения. Схема установки для получения эндофуллерена N@C₆₀ посредством одновременного напыления С₆₀ и облучения подложки ионами азота из работы Weidinger A., et al. Applied Physics, 66, 287 (1998) (источник [43] в статье Елецкого А.В. Эндоэдральные структуры // УФН, 170, 113-142 (2000)). 1 - источник ионов азота, 2 - электростатическая линза, 3 - подложка для напыления фуллерена, 4 - устройство для контроля толщины покрытия, 5 - источник паров фуллерена, 6 - вакуумная камера, 7 - водяное охлаждение. Установка, в которой может быть реализовано заявляемое изобретение включает в себя все названные компоненты и устройства.Figure 2. An analogue of the claimed invention. Scheme of an apparatus for producing endofullerene N @ C ₆₀ by simultaneous deposition of C ₆₀ and irradiation of the substrate with nitrogen ions from Weidinger A., et al. Applied Physics, 66, 287 (1998) (source [43] in the article by Yeletsky A.V. Endohedral structures // UFN, 170, 113-142 (2000)). 1 - a source of nitrogen ions, 2 - an electrostatic lens, 3 - a substrate for spraying fullerene, 4 - a device for controlling the coating thickness, 5 - a source of fullerene vapor, 6 - a vacuum chamber, 7 - water cooling. The installation in which the claimed invention can be implemented includes all of these components and devices.

1 - корпус держателя мембран; 2, 3 - наноканальные мембраны со связанными трековыми каналами; 2 - мембрана ионного источника; 3 - имплантирующая мембрана; 4 - твердотельная мишень магнетрона или вместо нее мембрана для пропуска имплантируемого газа в ионизационную камеру. Данная часть узла заменяет источник ионов в установке, приведенной на фигуре 2; 5 - окна для откачки остаточных газов и ввода ионизирующих излучений.1 - membrane holder housing; 2, 3 - nanochannel membranes with associated track channels; 2 - membrane of an ion source; 3 - implanting membrane; 4 - solid-state magnetron target or instead of a membrane for passing the implantable gas into the ionization chamber. This part of the node replaces the ion source in the installation shown in figure 2; 5 - windows for pumping out residual gases and introducing ionizing radiation.

Между трековыми мембранами подается постоянное регулируемое напряжение, такое чтобы обеспечить максимальную эффективность синтеза эндофуллерена для конкретных типов имплантируемых ионов и молекул фуллерена.A constant controlled voltage is applied between the track membranes, so as to ensure maximum efficiency of endofullerene synthesis for specific types of implantable ions and fullerene molecules.

Различие потенциалов введения эндоэлектронов в различные виды фуллеренов может также дать возможность отбора определенных молекул фуллеренов из потока.The difference in the potentials of introducing endoelectrons into different types of fullerenes can also make it possible to select certain fullerene molecules from the stream.

В данной схеме в качестве материала мембраны выбран диоксид кремния, в качестве проводящего покрытия и материала, ориентирующего молекулы фуллеренов относительно оси каналов, выбран молибден. Обозначения, мембран (2 и 3) соответствуют обозначениям таковых на фигуре 3. Мембраны с поддерживающими конструкционными элементами (например, известна конструкция - тонкий монокристалл кремния с вытравленными окнами и закрытыми утолщенным слоем диоксида кремния) собираются в корпусе (1 фиг. 3) и затем облучаются пучком тяжелых, ионов (обычно применяется ксенон) в направлении строго перпендикулярном поверхности мембран. По известной из нанолитографии технологии производится несимметричное травление каналов треков, как показано на фигуре. Несимметричность связана с тем, что со стороны подлета имплантируемых ионов требуется более точная фокусировка по центру канала, тогда как канал со стороны паров фуллерена должен обеспечивать фиксацию молекулы фуллерена на оси канала и легкость вылета из канала эндоэдральной молекулы фуллерена за счет импульса имплантируемого иона. Выбор молибдена в качестве материала, на котором сорбируются молекулы фуллерена вызван тем, что, как известно, в этом случае легко достигаются условия адсорбции фуллерена на молибдене в мономолекулярный слой. При этом молекула фуллерена примыкает к поверхности молибдена углеродными атомами. Это в указанной геометрии обеспечивает то, что просвет канала смотрит на окно в сетке связей между атомами углерода в молекуле фуллерена. При достаточно большой плотности каналов и большой величине отношения размеров их входных и выходных отверстий возможно получить достаточную эффективность использования потока имплантируемых ионов. Температура имплантирующей мембраны поддерживается такой, чтобы накапливающиеся на выходе каналов молекулы фуллерена не препятствовали отходу молекул эндофуллерна. Температура в нижней камере поддерживается такой, чтобы обеспечить парообразное состояние чистого фуллерена и конденсированное состояние эндофуллерена.In this scheme, silicon dioxide is selected as the membrane material, molybdenum is selected as the conductive coating and the material orienting the fullerene molecules relative to the axis of the channels. The designations of the membranes (2 and 3) correspond to the designations of those in figure 3. Membranes with supporting structural elements (for example, a known structure - a thin silicon single crystal with etched windows and covered with a thickened layer of silicon dioxide) are assembled in the housing (1 of Fig. 3) and then irradiated with a beam of heavy ions (usually xenon is used) in the direction strictly perpendicular to the surface of the membranes. According to the technology known from nanolithography, asymmetric etching of track channels is performed, as shown in the figure. The asymmetry is due to the fact that the approach side of the implantable ions requires more precise focusing in the center of the channel, while the channel on the side of the fullerene vapors must ensure the fixation of the fullerene molecule on the channel axis and ease of release of the endohedral fullerene molecule from the channel due to the pulse of the implanted ion. The choice of molybdenum as the material on which fullerene molecules are sorbed is due to the fact that, as is known, in this case the conditions for adsorption of fullerene on molybdenum into the monomolecular layer are easily achieved. In this case, the fullerene molecule is adjacent to the surface of molybdenum by carbon atoms. In this geometry, this ensures that the lumen of the channel looks at a window in the network of bonds between carbon atoms in the fullerene molecule. With a sufficiently high density of channels and a large value of the ratio of the sizes of their inlet and outlet openings, it is possible to obtain sufficient efficiency in using the flow of implantable ions. The temperature of the implanting membrane is maintained so that the fullerene molecules that accumulate at the outlet of the channels do not interfere with the escape of endofullern molecules. The temperature in the lower chamber is maintained so as to provide a vapor state of pure fullerene and a condensed state of endofullerene.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Главными объектами, в которых производится столкновение иона с молекулой фуллерена являются диэлектрические мембраны (с металлическим покрытием), имеющие сквозные каналы диаметром 15-20 ангстрем. Такие мембраны в принципе изготавливаются методами электронно-лучевой литографии, методами бомбардировки тяжелыми ионами с последующим реакционным ионным травлением. В тексте описания сущности изобретения подробно излагаются условия реализации изобретения. В частности, говорится об общеизвестности применения трековых мембран. В данных мембранах при изготовлении получаются цилиндрические каналы, так как вымываются поврежденные в области треков части облученной тяжелыми ионами пленки. Диаметр каналов согласно широко известным литературным данным составляет от 30 нМ. Применение такой пленки в качестве маски при реакционном травлении ионной пушкой диоксида кремния или чистого монокристаллического кремния (хорошо отработанная и известная в нанолитографии процедура) позволяет получить аналогичные или меньшего размера каналы цилиндрической формы. Очевидно, что обработка в обычном травящем растворе приведет к получению каналов конической формы. Размер и форму каналов можно откорректировать с помощью напыления металлического слоя из источника с широкой диаграммой направленности потока паров. Для этой стороны двоякоконического канала как раз не требуется (и даже вредна) большая протяженность канала, т.к. в нем будут застревать молекулы фуллерена. Несколько слов об ограничениях на скорость получения эндофуллерена. Принимая, что размер молекулы фуллерена 1.5 нМ, получаем, что их максимально возможная плотность составляет около 5⋅10¹³ молекул на см². Максимальная плотность каналов диаметром 30 нМ составляет порядка 10¹¹ каналов на см². Т.е. различие составляет в несколько сотен раз. Если допустить, что доля 8 выпадающих из полезного процесса имплантируемых ионов близка к отношению площадей квадрата (часть площади мембраны, приходящаяся на один канал при их перекрытии в верхних сечениях) и входного отверстия канала, т.е. ε=πR²/4R²~0.7 и величину ионного тока I_i~0.1 А, то 1 моль эндофуллерена (~800 Г) можно получить за время t=F/(εI_i)~383 часа (F=96485.3 Кл/моль - число Фарадея). Если допустить для примера, что рабочая площадь трековой мембраны составляет около 100 см², то данный ток условно распределяется по n=10¹³ каналам. Это соответствует прохождению через канал I_i/(ne)=6⋅10⁴ ионов в секунду (е=1,6⋅10^-19 Кл - заряд электрона). При упругом столкновении со стенкой канала ион теряет примерно (sinα)² часть своей энергии, где α - угол между образующей конуса и осью конического канала. Для α ~ 5 град это дает ~ 0.007. При толщине мембраны 100 нМ ион должен испытать около 2-х столкновений, прежде чем попадет в выходное отверстие канала. Т.е. при энергии иона ~ 100eV он отдает стенкам канала ~ 1.4 eV, или в расчете за 1 секунду стенки канала получают энергию ~ 8⋅10⁴ eV, которая распределяется между ~10⁵-10⁶ атомами стенки канала. Это означает, что температура мембраны поднимается за 1 сек на величину порядка тысячи градусов. С одной стороны, это указывает на разумность полученных параметров, а с другой стороны, это указывает на необходимость некоторого уменьшения плотности каналов на поверхности мембраны и к более точному подходу к форме каналов, а также на необходимость применения мембраны, формирующей ионный поток, как указано фигурах 3 и 4. Очевидно, что при проведении процесса синтеза эндофуллерена в растворе требования к охлаждению мембраны снижаются.The main objects in which the ion collides with the fullerene molecule are dielectric membranes (with a metal coating) having through channels with a diameter of 15-20 angstroms. Such membranes are, in principle, fabricated by electron beam lithography, heavy ion bombardment followed by reactive ion etching. In the text of the description of the invention, the conditions for the implementation of the invention are described in detail. In particular, it is said about the well-known use of track membranes. In the manufacture of these membranes, cylindrical channels are obtained, since the damaged parts of the film irradiated with heavy ions are washed out in the region of the tracks. The diameter of the channels according to well-known literature data is from 30 nm. The use of such a film as a mask during reactive etching by an ion gun of silicon dioxide or pure single-crystal silicon (a procedure well developed and known in nanolithography) allows obtaining cylindrical channels of a similar or smaller size. Obviously, processing in a conventional etching solution will result in conical channels. The size and shape of the channels can be adjusted by spraying a metal layer from a source with a wide beam pattern. For this side of the biconical channel, a large length of the channel is not required (and even harmful), because fullerene molecules will get stuck in it. A few words about the restrictions on the rate of production of endofullerene. Assuming that the size of the fullerene molecule is 1.5 nM, we find that their maximum possible density is about 5 × 10 ¹³ molecules per cm ² . The maximum density of channels with a diameter of 30 nM is about 10 ¹¹ channels per cm ² . Those. the difference is several hundred times. If we assume that the fraction of 8 implantable ions falling out of the useful process is close to the ratio of the square areas (the part of the membrane area per one channel when they overlap in the upper sections) and the channel inlet, i.e. ε = πR ² / 4R ² ~ 0.7 and the ion current I _I ~ 0.1 A, then 1 mol of endofullerene (~ 800 G) can be obtained in time t = F / (εI _i ) ~ 383 hours (F = 96485.3 C / mol is the Faraday number). If for example we assume that the working area of the track membrane is about 100 cm ² , then this current is conditionally distributed along n = 10 ¹³ channels. This corresponds to the passage through the channel I _i / (ne) = 6⋅10 ⁴ ions per second (e = 1.6⋅10 ^-19 C - electron charge). In an elastic collision with the channel wall, the ion loses approximately (sinα) ² part of its energy, where α is the angle between the generatrix of the cone and the axis of the conical channel. For α ~ 5 deg this gives ~ 0.007. With a membrane thickness of 100 nM, the ion must experience about 2 collisions before it enters the channel outlet. Those. at an ion energy of ~ 100 eV, it gives the channel walls ~ 1.4 eV, or per 1 second the channel walls receive an energy of ~ 8⋅10 ⁴ eV, which is distributed between ~ 10 ⁵ -10 ⁶ atoms of the channel wall. This means that the temperature of the membrane rises in 1 second by a value of the order of a thousand degrees. On the one hand, this indicates the reasonableness of the obtained parameters, and on the other hand, this indicates the need for some reduction in the density of channels on the membrane surface and a more accurate approach to the shape of the channels, as well as the need to use an ion-forming membrane, as indicated by the figures 3 and 4. It is obvious that during the synthesis of endofullerene in solution, the requirements for membrane cooling are reduced.

ЛитератураLiterature

1. Kratschmer W., Lamb L.D., Fostiropoulos K., Huffman D.R. Nature, V. 347, №354 (1990).1. Kratschmer W., Lamb L.D., Fostiropoulos K., Huffman D.R. Nature, V. 347, No. 354 (1990).

2. Богданов A.A., Дайнигер Д., Дюжев Г.А. ЖТФ, т. 70, №5, с. 1 (2000).2. Bogdanov A.A., Dayniger D., Dyuzhev G.A. ZhTF, t. 70, No. 5, p. 1 (2000).

3. Weidinger A., et al. Applied Physics, 66, 287 (1998).3. Weidinger A., et al. Applied Physics, 66, 287 (1998).

4. Елецкий А.В. Эндоэдральные структуры // УФН. 113-142 170 (2000).4. Yeletsky A.V. Endohedral structures // Usp. Fiz. 113-142 170 (2000).

5. В.К. Кольтовер Эндофуллерены: от химической физики к базовым элементам для нанотехнологий и наномедицины // Российский Химический Журнал (ЖРХО им. Д.И. Менделеева). - 2009. - Т. 53, N 2. - С. 79-85. - Библиогр.: с. 84-85 (76 назв.). - ISSN 0373-0247.5. V.K. Koltover Endofullerenes: from chemical physics to basic elements for nanotechnology and nanomedicine // Russian Chemical Journal (ZhRLO named after D.I. Mendeleev). - 2009. - T. 53, N 2. - S. 79-85. - Bibliography: p. 84-85 (76 titles). - ISSN 0373-0247.

6. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структура углерода // УФН, 165, 977-1009 (1995).6. Yeletsky A.V., Smirnov B.M. Fullerenes and carbon structure // UFN, 165, 977-1009 (1995).

По вопросу неуглеродных фуллеренов и наноструктур.On the issue of non-carbon fullerenes and nanostructures.

7. Ивановский А.Л. Неуглеродные нанотрубки, синтез и моделирование, Успехи химии, стр. 203-224 71, №3 (2002).7. Ivanovsky A.L. Non-carbon nanotubes, synthesis and modeling, Advances in Chemistry, pp. 203-224 71, No. 3 (2002).

8. Сорокин П.Б. «Теоретические исследования физико-химических свойств низкоразмерных структур», докторская диссертация. раздел 1.5 и глава 4, Москва, 2014 г. 8. Sorokin P.B. “Theoretical studies of the physicochemical properties of low-dimensional structures”, doctoral dissertation. Section 1.5 and Chapter 4, Moscow, 2014

9. П. Харрис (© Cambridge University Press 1999) в перевод Л А. Чернозатонского, Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века, Москва: Техносфера, 2003. - 336 с. ISBN 5-94836-013-Х.9. P. Harris (© Cambridge University Press 1999) translated by L. A. Chernozatonsky, Carbon nanotubes and related structures. New materials of the XXI century, Moscow: Technosphere, 2003. - 336 p. ISBN 5-94836-013-X.

10. В.И. Соколов, И.В. Станкевич Фуллерены - новые аллотропные формы углерода: структура, электронное строение и химические свойства, Успехи химии, 455-373 62(5) 1993.10. V.I. Sokolov, I.V. Stankevich Fullerenes — New Allotropic Forms of Carbon: Structure, Electronic Structure, and Chemical Properties, Advances in Chemistry, 455-373 62 (5) 1993.

11. Станкевич В.И., Чернозатонский Л.А., Несмеянов А.Н. (Институт элементоорганических соединений РАН, Россия, Москва, 119991, Вавилова ул., 28) и Н.М. Эмануэл (Институт биохимической физики РАН, Россия, Москва, 119334 Косыгина ул., 4) ПОЛИЭДРАЛЬНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ: МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕТРИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ, [главы II. Малые фуллерены: С₂₀, С₃₆ (структура молекул, твердые тела), С₄₀ эндоэдральные аналоги молекул ферроцена; III. Неуглеродные фуллерены на основе бора, В, BN, MS₂ (М=W, Mo), МО₂ (М=Si, Ge, Sn) структура и свойства; IV. Углеродные нанотрубы (УНТ): структура и физико-химические свойства чистых УНТ, гидрированнные УНТ, структура и свойства; структура и физико-химические свойства УНТ, заполненных атомами металлов и молекулами, их свойства; «стручки_» - С_60,70,82 и др. фуллерены в УНТ; ковалентно-связанные УНТ структуры; многотерминальные УНТ соединения с топологическими дефектами, структура и свойства; V. Неуглеродные нанотрубы из В, BN, MS₂ (М=W, Mo), МО₂ (М=Si, Ge, Sn), структура и физико-химические свойства.] (источники: http://dace.ru/db.html?letter=%CD&id=1315); (http://dace.ru/db.html?letter=%CD&id=1318, http://dace.ru/db.html?letter=%CD&id=1272).11. Stankevich V.I., Chernozatonsky L.A., Nesmeyanov A.N. (Institute of Organoelement Compounds RAS, Russia, Moscow, 119991, 28 Vavilova St.) and N.M. Emanuel (Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119334 Kosygina St., 4) POLYEDRAL NANOSTRUCTURES: MODELING OF GEOMETRY AND FORECASTING PROPERTIES, [chap. II. Small fullerenes: C ₂₀ , C ₃₆ (molecular structure, solids), C ₄₀ endohedral analogs of ferrocene molecules; III. Boron-based non-carbon fullerenes, B, BN, MS ₂ (M = W, Mo), MO ₂ (M = Si, Ge, Sn) structure and properties; IV. Carbon nanotubes (CNTs): structure and physicochemical properties of pure CNTs, hydrogenated CNTs, structure and properties; structure and physicochemical properties of CNTs filled with metal atoms and molecules, their properties; “Pods_” - C _{60.70, 82} and other fullerenes in CNTs; covalently bonded CNT structures; multi-terminal CNT compounds with topological defects, structure and properties; V. Non-carbon nanotubes from B, BN, MS ₂ (M = W, Mo), MO ₂ (M = Si, Ge, Sn), structure and physicochemical properties.] (Sources: http://dace.ru/ db.html? letter =% CD & id = 1315); (http://dace.ru/db.html?letter=%CD&id=1318, http://dace.ru/db.html?letter=%CD&id=1272).

По вопросу электроосаждения (электрофореза) фуллеренсодержащих материалов.On the issue of electrodeposition (electrophoresis) of fullerene-containing materials.

12. Матысина З.А., Щур Д.Б., Загинайченко С.Ю. Углеродные наноматериалы и фазовые превращения в них, Институт проблем материаловедения НАН Украина, Днепропетровск, Наука и образование, 2007, 680 С. УДК 539.8:669.01 (стр. 19-76, Глава I, Существующие определения понятия, и представления о механизмах образования и превращения углеродных наноструктур. стр. 29 Эндофуллерены, стр. 627-644 Глава XVII. Особенности синтеза пленок фуллерита или фуллеренсодержащих соединений электрофоретическим методом и некоторые их свойства.12. Matysina Z.A., Schur D.B., Zaginaichenko S.Yu. Carbon nanomaterials and phase transformations in them, Institute of Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine, Dnepropetrovsk, Science and Education, 2007, 680 pp. UDC 539.8: 669.01 (p. 19-76, Chapter I, Existing definitions of the concept and understanding of the mechanisms of formation and transformation carbon nanostructures page 29 Endofullerenes, pages 627-644 Chapter XVII Features of the synthesis of fullerite films or fullerene-containing compounds by electrophoretic method and some of their properties.

13. Хотыненко Н.Г., Коваль А.Ю., Рогозинская А.А., Власенко А.Ю., Мильто О.В., Каменецкая Е.А., Вороная Т.В., Щур Д.В., Загинайченко С.Ю. ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВЫХ МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩИХ ПОКРЫТИЙ, Труды XI Международной Конференции "Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов", Украина, 2009, 770-773.13. Khotynenko N.G., Koval A.Yu., Rogozinskaya A.A., Vlasenko A.Yu., Milto O.V., Kamenetskaya E.A., Voronaya T.V., Schur D.V., Zaginaichenko S.Yu. DEVELOPMENT OF ELECTRODEPOSITION TECHNOLOGY OF FULLERENE METAL CONTAINING COATINGS, Proceedings of the XI International Conference "Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials", Ukraine, 2009, 770-773.

14. Д.В. Щур, С.Ю. Загинайченко, Н.Г. Хотыненко, А.Ю. Коваль, А.А. Рогозинская, О.В. Мильто, Е.А. Каменецкая, Особенности влияния некоторых МОС на свойства массивных фуллеренсодержащих электроосажденных покрытий, в сборнике, Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии, Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 2010, т. 8, №2, сс. 421-429, © 2010 ИМФ (Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины).14. D.V. Schur, S.Yu. Zaginaichenko, N.G. Khotynenko, A.Yu. Koval, A.A. Rogozinskaya, O.V. Milto, E.A. Kamenetskaya, Peculiarities of the influence of some MOCs on the properties of massive fullerene-containing electrodeposited coatings, in the collection, Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 2010, v. 8, No. 2, ss. 421-429, © 2010 IMF (Institute of Metallophysics named after G.V. Kurdyumov of the National Academy of Sciences of Ukraine).

PACS:61.48. - c, 68.37.Hk, 81.05.ub, 81.15.Pq, 81.16.Nd, 82.45.Qr, 88.30.R-PACS: 61.48. - c, 68.37.Hk, 81.05.ub, 81.15.Pq, 81.16.Nd, 82.45.Qr, 88.30.R-

Claims

1. The method of obtaining endohedral nanostructures, including the introduction of ions into polyhedral nanostructures by implantation of accelerated ions inside a polyhedral nanostructure and the formation of an ionic complex in it, characterized in that

accelerated ions are directed to a polyhedral nanostructure as a result of their channeling in the nanochannels of a track membrane; the relative position of the polyhedral nanostructure and the incident implantable ion is fixed by the nanochannels of the track membrane, which is implanting, in which they collide; moreover, the orientation of the molecules of the polyhedral nanostructure is carried out due to the epitaxy and epitaxial ratio of the crystal lattices of the material of the nanochannel and the molecule of the polyhedral nanostructure; nanochannels perform a biconical shape with internal narrowing to make it difficult for the polyhedral nanostructure molecule to pass from one side of the membrane to the other, to focus the moving ion to the center of the nanochannel and to provide the exit of the polyhedral nanostructure molecule after ion implantation, while part of the biconical nanochannel and the track membrane surface between the nanochannels the supply sides of polyhedral nanostructure molecules are conductive to provide an accelerating and focusing potential under data on polyhedral nanostructure molecules located in the nanochannel; moreover, to form the structure of the ion flux, a second track membrane is used — an ion source membrane manufactured in a single process together with the first and repeating the structure of the relative arrangement of the nanochannels of the first implanting membrane; a constant controlled voltage is applied between the indicated track membranes, and the reactor volumes with the flows of supplied polyhedral nanostructures, ions, and also the obtained endohedral nanostructures are separated by the indicated implanting membrane and the temperatures are maintained in these volumes, providing supply and required aggregate states of the materials involved in the implantation process, as well as the removal of products from the implantation zone; while obtaining endohedral structures in a solution, a polar solvent is used, in which, under the influence of voltage applied to the membranes, the molecules of polyhedral nanostructures acquire a negative charge and block the nanochannel of the implanting membrane, and the implantable ions acquire a positive charge and pass from one side to the other with the formation of endohedral nanostructures.

2. The method according to p. 1, characterized in that fullerenes are used as polyhedral nanostructures, and metal ions are used as implantable ions.