Нейтронні дослідження структури рідинної системи вода-фулерен С60

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

Спеціальність 01.04.14 - теплофізика і молекулярна фізика

УДК 538.971

дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата фізико-математичних наук

Автореферат

НЕЙТРОННІ ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ РІДИННОЇ СИСТЕМИ ВОДА - ФУЛЕРЕН С60

Хохряков Артем Олексійович

Київ - 2007



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на фізичному факультеті Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Наукові керівники: академік НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор Булавін Леонід Анатолійович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, фізичний факультет, завідувач кафедри молекулярної фізики доктор фізико-математичних наук, професор Аксьонов Віктор Лазарович, Об'єднаний інститут ядерних досліджень, м. Дубна, Росія.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук старший науковий співробітник Клепко Валерій Володимирович, завідувач відділом фізики полімерів Інституту хімії високомолекулярних сполук НАН України, м. Київ;

доктор фізико-математичних наук, професор Куницький Юрій Анатолійович, завідувач відділом наноструктурних матеріалів Технічного центру НАН України, м. Київ.

Захист відбудеться “_11_” __вересня_ 2007 р. о___год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.08 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою 03022, м. Київ, пр. Глушкова 2, корп. 1, фізичний факультет, ауд. 500.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вул.. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий “7” _серпня_ 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д.26.001.08, кандидат фізико-математичних наук Свечнікова О.С.



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Предметом молекулярної фізики є вивчення структури та міжмолекулярної взаємодії в різних агрегатних станах, в тому числі і в рідинних системах. Останнім часом рідинні системи, в які входять розчини, колоїдні системи, рідкі кристали, збагачені новим типом рідинних систем на основі фулеренів.

Фулерени - вуглецеві кластери з парною, більшою за 20, кількістю атомів вуглецю, що утворюють три зв'язки одне з одним. Молекула C60 характеризується найбільш високою серед фулеренів симетрією і найбільшою стабільністю. Кожний атом вуглецю у молекулі розташований у вершинах двох гексагонів і одного пентагона. Фулерени практично нерозчинні у полярних розчинниках типу спиртів, ацетоні, тетрагідрофурані, малорозчинні у нормальних алканах (пентан, гексан, декан). Поведінка фулеренів у розчинах носить складний характер.

Біологічна активність фулеренів [1] була виявлена незабаром після їх відкриття. Але до певного часу існувала лише можливість поміщення фулерена у воду нерівноважними засобами: розчинення за рахунок утворення комплексів «гість - хазяїн», хімічна модифікація з приєднанням гідрофільних молекул.

Особливий інтерес викликають стабільні у часі колоїдні розчини С60 у воді, отримані без сторонніх стабілізаторів для використання їх у біології та медицині [2, 3]. Складність досліджень у цьому напрямку полягає у тому, що фулерени, будучи виключно вуглецевими молекулами, гідрофобні за своєю природою і практично не здатні безпосередньо, молекулярно розчинятися у воді. Проте, молекули фулеренів є сильними окислювачами, оскільки мають високу електронегативність та здатні приєднувати до себе до шести вільних електронів. У дисертації виконуються структурні дослідження, приводиться підтвердження можливості формування рідинної системи вода-фулерен С60 та причини її стійкості.

Інтерес до рідинної системи вода-фулерен С60 має як фундаментальний, так і прикладний характер. Дана робота присвячена вивченню структури агрегатів, які формуються у даній системі у процесі її приготування, що може дати важливу інформацію про взаємодію гідрофобної молекули фулерена з водою. Дослідження молекулярного стану молекул С60, причини стабілізації у таких розчинах, також важливі для розуміння природи такої рідинної системи при її використанні у біомедичних методах.

В останнє десятиріччя сучасна молекулярна фізика збагатилась новими методами дослідження в галузі як обчислювальної фізики (метод молекулярної динаміки, метод Монте-Карло), так і експериментальної фізики. Унікальним сучасним методом молекулярної фізики є метод розсіяння повільних нейтронів, зокрема, метод малокутового розсіяння нейтронів, який дозволяє дослідити структуру різних утворень у рідких системах. Даний метод, який є головним експериментальним методом дослідження, дозволяє отримати унікальну інформацію що до внутрішньої структури агрегатів рідинної системи вода-фулерен С60, яка недоступна іншим методам.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною досліджень кафедри молекулярної фізики фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка у рамках Комплексної наукової програми «Конденсований стан - фізичні основи новітніх технологій». Зміст роботи був узгоджений з планами роботи по держбюджетним темам №01БФ051-01 (2001-2002 рр.) "Фундаментальні дослідження теплофізичних та кінетичних властивостей широкого класу рідинних і полімерних систем та фазових переходів в них" та №01БФ051-01 (2003-2005 рр.) "Фундаментальні дослідження впливу зовнішніх полів на теплофізичні та кінетичні властивості широкого класу рідинних (включаючи медико-біологічні) і полімерних систем та фазових переходів в них".

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є:

встановлення структурних властивостей агрегатів рідинної системи вода-фулерен С60;

виявлення механізму стабілізування агрегатів у воді.

У відповідності з метою роботи поставлені наступні задачі:

за допомогою метода малокутового розсіяння нейтронів обрахувати структурні параметри агрегатів;

на основі отриманих даних запропонувати найбільш ймовірні моделі внутрішньої структури агрегатів та провести теоретичне моделювання нейтронних даних на основі цих моделей;

провести експерименти з коагуляції системи з метою виявлення поведінки агрегатів та встановлення причин стабілізування.

Об'єкт дослідження - особливості впорядкування у рідинних системах.

Предмет дослідження - структурні параметри та механізм стабілізування рідинної системи вода-фулерен С60.

Методи дослідження - малокутове розсіяння нейтронів, світлопоглинання в ультрафіолетовій та видимій областях, математичне моделювання з використанням теорії розсіяння.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше був проведений аналіз внутрішньої структури агрегатів рідинної системи вода-фулерен С60. Завдяки нейтронному експерименту вдалось виявити, що агрегати мають однорідну внутрішню структуру з густиною пакування молекул у кристалічному або кластерному стані речовини. В той самий час можна стверджувати, що об'єм водних включень в агрегатах складає не більше 3%. Показано, що внутрішня структура агрегатів залишається незмінною незалежно від їх розміру.

На основі експериментів з малокутового розсіяння нейтронів на рідинній системі вода-фулерен С60 виявлено, що дана система є сильно полідисперсною за розмірами агрегатів (до 84 нм).

Модельні розрахунки дозволили підтвердити анізотропну форму агрегатів та встановити експоненційний розподіл за розмірами, в якому основна доля агрегатів має розмір менший 30 нм. За результатами апроксимації даних малокутового розсіяння нейтронів з трьох можливих моделей структури агрегатів була обрана модель кластерів з молекул С60 з кристалічною структурою та водною оболонкою на їх поверхні, що виконує роль стабілізатора системи. Анізотропність агрегатів пояснюється тим, що процеси формування водної оболонки на поверхні агрегатів та агрегації молекул С60 у кластери відбуваються в одному часовому масштабі.

Оптичні та нейтронні експерименти з агрегації у системі показали, що рідинна система вода-фулерен С60 є надзвичайно стабільною. Агрегати утримують біля себе велику кількість води (прошарки з товщиною більше 5 нм). При коагуляції агрегати не руйнуються та не змінюють свою структуру.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані експериментальні результати про внутрішню структуру даної системи можуть бути використані у подальших пошуках методів ефективного використання рідинної системи вода-фулерен С60 у біології та медицині. Оскільки фулеренові кластери оточені шарами води, в першу чергу слід враховувати взаємодію цих водних структур з біологічним середовищем. Взаємодію самих молекул фулеренів даної рідинної системи з біологічними об'єктами можливо розглядати у припущенні руйнування стабілізуючої водної оболонки. Висновки з експериментів по агрегації у системі важливі у дослідженнях природи аномальної поведінки розчинення фулерена у різних розчинниках та взаємодії гідрофобної молекули фулерена з водою.

Особистий внесок здобувача. Отримання основних експериментальних результатів, обговорення наукових висновків відбувались при безпосередній участі автора. При виконанні нейтронних експериментів автор приймав активну участь у всіх етапах досліджень на різних установках, починаючи з проведення вимірів і первинної обробки даних та закінчуючи їх інтерпретацією (за винятком хімічної роботи, пов'язаної з приготуванням зразків). В роботах [1,2] описано нейтронний експеримент на рідинній системі вода-фулерен С60, отримано структурні параметри системи, запропоновано ряд моделей внутрішньої структури. Автор написав програму моделювання експериментальних даних, отриманих методом малокутового розсіяння нейтронів. У роботі [3] виконано їх теоретичне моделювання та обрано найбільш відповідну модель структури агрегатів у рідинній системі. Автором було запропоновано та проведено нейтронний експеримент з коагуляції даної рідинної системи, який описано у роботах [4,5].

Апробація результатів дисертації. Результати, представлені в роботі, доповідались на наступних міжнародних наукових конференціях: XIIth International Conference on Selected Problems of Modern Physics. JINR, Dubna, Russia, June 8 - 11, 2003; 6th Biennial International Workshop Fullerenes and Atomic Clusters IWFAC'2003. St Petersburg, Russia, June 30 - July 4, 2003; 2nd International Conference Physics of Liquid Matter: Modern Problems. Kyiv, Ukraine, September 12-15, 2003; VIII научная конференция молодых ученых и специалистов. ОИЯИ, Дубна, Россия. 25 января - 01 февраля 2004г.; IX научная конференция молодых ученых и специалистов. ОИЯИ, Дубна, Россия. 02 - 06 февраля 2005г; 3-rd International Conference and Strategic Workshop Nanoscale Liquid Systems. Kyiv, Ukraine, May 27-31, 2005; IV Workshop on Investigations at the IBR-2 Pulsed Reactor. Dubna, Russia. June 15 - 18, 2005; V Workshop on Investigations at the IBR-2 Pulsed Reactor. Dubna, Russia. June 14 - 17, 2005; XIX Совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния. Обнинск, Россия. 12-15 сентября 2006г. Також матеріали дисертації обговорювалися на наукових семінарах кафедри молекулярної фізики фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка та Лабораторії нейтронної фізики Об'єднаного інституту ядерних досліджень, м. Дубна, Росія.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано чотири статті [1-4], надрукованих у наукових фахових виданнях, які входять до переліку, затвердженого ВАК України, 1 статтю у додатковому виданні [5], а також додатково висвітлені у 9 тезах міжнародних наукових конференцій [6-14]. Всього за темою дисертації опубліковано 14 робіт, перелік яких наведений у заключній частині автореферату.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, 39 рисунків та списку використаних джерел із 95 найменувань. Повний обсяг дисертації складає 123 сторінки.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі коротко представлено стан проблеми дослідження рідинних систем вода-фулерен С60, обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету роботи та основні завдання. Дається характеристика наукової новизни та практичне значення одержаних результатів, описано особистий внесок автора і з'язок дисертаційної роботи з науковими темами.

У розділі 1 зібрані відомості, що відносяться до можливостей біомедичних застосувань розчинних форм фулерена, загальних питань поведінки фулерена С60 у різних розчинниках та можливих механізмів отримання рідинної систем вода-фулерен С60.

У розділі 2 наведено відомості про дослідження конденсованих середовищ методом малокутового розсіяння нейтронів. Малокутове розсіяння нейтронів - дифракційний метод, який широко використовується для дослідження надатомної структури речовини, розміри неоднорідностей якої суттєво перевищують довжину хвилі випромінення. Головними методиками, що застосовувались при опрацюванні малокутових даних нейтронного розсіяння, були моделювання даних для полідисперсних систем, варіація контрасту та непряме фур'є-перетворення експериментальних даних.

Любий набір даних можна опрацьовувати, вважаючи структури як моно-, так і полідисперсними. Необхідна незалежна апріорна інформація для прийняття рішення. Функція розсіяння полідисперсної системи визначається формою частинок та розподілом за розмірами. Ми можемо обрати певний розподіл за розмірами і визначити форму, або, частіше, ми обираємо форму і визначаємо розподіл за розмірами. Тоді функцію розсіяння можна записати

Якщо частинки у розчині складаються з декількох компонент, то результуюча інтенсивність розсіяння є сумою інтенсивностей розсіяння на компонентах та інтенсивностей, що відповідають інтерференційним ефектам між компонентами. У залежності від ступеню неоднорідності та розмірів об'єктів розсіяння на кривій можна відокремити ділянку, що описується виразом де під контрастом розуміють квадрат різниці між середньою густиною нейтронного розсіяння частинки <?> та розчинника ?s: g(r)2=(<?(r)> - ?s)2. Як сама крива розсіяння, так і її інтегральні параметрі (I(0), Rg та ін.) дуже сильно залежать у цьому випадку від густини розчинника. Тому, змінюючи контраст у системі шляхом зміни густини розсіяння розчинника без змін його фізичних властивостей, можна отримувати розсіяння від різних компонент частинки та їх комбінацій, що дає додаткову інформацію про внутрішню структуру досліджуваних частинок. У нейтронному малокутовому розсіянні широкий діапазон варіації контрасту досягається шляхом використання суміші D2O/H2O з різними відносними концентраціями. Точка збігу густин розсіяння розчинника і компоненти частинки має назву точки компенсації даної компоненти, тобто при такому вмісті у розчиннику D2O, розсіяння від цієї компоненти зникає.

Частинки, які досліджуються, представляють через парну функцію розподілу за розмірами всередині частинок p(r). Ця функція не вимірюється безпосередньо. У процесі розсіяння вона трансформується за фур'є-перетворенням у функцію розсіяння I(q). У непрямому фур'є-перетворенні використовується лінійна комбінація деяких ортогональних функцій ?? . Ці функції є представленням функції розподілу за розмірами p(r) замість інтенсивності розсіяння I(q).

У розділі 3 описано обробку експериментальних даних з нейтронного розсіяння рідинною системою вода-фулерен С60, результати вимірів, моделювання даних з варіацією фізичних параметрів рідинної системи та особливості процесу агрегації при додаванні солі NaCl за даними ультрафіолетових (УФ) та видимих спектрів поглинання та малокутового розсіяння нейтронів.

Експерименти проводились на протязі тривалого часу на установках малокутового розсіяння нейтронів різних наукових центрів (ІБР-2, ОІЯД, Росія та BNC, ЦІФД, Угорщина). Криві інтенсивності розсіяння оброблялись методом непрямого Фур'є перетворення [8] для отримання кореляційної функції p(r), яка у випадку однорідних агрегатів є парним розподілом за розмірами всередині агрегата. Інтенсивність розсіяння можна виразити через p(r) [9] як:

Із функції p(r) були отримані інтенсивність у нульовому куті I(0) та середній радіус інерції агрегатів у системі. Рішення p(r) шукалось у вигляді ряду по кубічним В-сплайнам із відповідною стабілізуючою процедурою методом зважених найменших квадратів [9]. Було також виявлено, що при достатньо великих q розсіяння визначається структурою поверхні і підкоряється закону Порода [8].

У експериментах з варіації контрасту при заміщенні легкої води на важку контраст поступово понижується (див рис. 3). Точка компенсації визначалась із перетину функції (I(0)/c)1/2 з ? -віссю (об'ємна доля D2О у розчиннику), а середня густина довжини нейтронного розсіяння агрегатів у точці компенсації (? = ? ) розраховувалась як нейтронів для різних зразків розчину з концентрацією С60 252 ?моль/л. Два зразка (позначені умовно як зразок 1 та зразок 2) приготовлені за однаковою процедурою. Суцільна крива демонструє розсіяння, що відповідає закону Порода. Пунктирна та точкова лінії є кривими, що розраховані для монодисперсного випадку для сфери та сферичної оболонки, відповідно, з однаковими параметрами Rg та I(0), які отримано з експериментальних даних.

З метою запобігання будь яких приладових спотворень, пов'язаних з калібруванням, було проведено експерименти для декількох зразків на різних установках малокутового розсіяння нейтронів із різними методами калібрування. Результати показали повну відповідність по всьому діапазоні значень.

З графіку функції p(r) можна побачити невелику анізотропію форми агрегатів (див. рис. 2). Результуюче значення = 28 ? 3 нм (відповідний радіус для однорідних сфер 36 нм) узгоджується зі значенням радіусу агрегатів, визначених за допомогою динамічного розсіяння світла = 36 нм. Таким чином, можна стверджувати, що дані з малокутового розсіяння нейтронів та динамічного розсіяння світла вказують (в межах 10?100 нм) на середній розмір 72 нм.

Визначення середньої густини довжини нейтронного розсіяння агрегатів у системі за допомогою варіації контрасту з використанням різних сумішей H2O та D2O зображене на рис. 3. Зміни середнього радіусу інерції у ході варіації контрасту лежать у межах експериментальних похибок, таким чином з точки зору експериментів з малокутового розсіяння нейтронів агрегати однорідні щодо розподілу довжини розсіяння.

Розміри можливих флуктуацій густини не можуть перевищувати величини 2 нм, що визначається роздільною здатністю метода малокутового розсіяння нейтронів. Значення точки компенсації ? отримане 0.87 (? = (5.44 ? 0.20) ? 1010 см-2) у порівнянні з розрахованим значенням 1.18 (? = (7.60 ? 0.08) ?

При моделюванні агрегати, що є об'єктами розсіяння, розглядались як кластери з молекул фулерена та невеликої кількості пов'язаної з ними води. Криві розсіяння (див. рис. 4) апроксимувались за формулою для інтенсивності розсіяння полідисперсними агрегатами (див. рів. (1)). При апроксимації були випробувані кілька типів розподілів за розмірами: однорідний, нормальний, мультигаусівський, логарифмічно нормальний, експоненційний. При процедурі апроксимації варіювалися три параметри: густина пакування фулеренів у кластері (?), коефіцієнт елонгації еліпсоїда (форми агрегатів) (? ) та параметр розміру функції розподілу агрегатів за розмірами (радіус агрегатів) (Rc). Параметр ? змінювався у відносно невеликому діапазоні величин, оцінка якого отримана в експерименті з малокутового розсіяння нейтронів (рис.1). Значення вільних параметрів, отриманих при моделюванні: ? = 0.7±0.1, ? = 1.6±0.3, Rc = 60±5.

При використанні сферичної моделі агрегатів моделювання не вдається реалізувати із жодним з розподілів за розмірами. Апроксимаційна крива при зазначеній експериментально концентрації фулеренів завжди лягає нижче експериментальних точок. У випадку еліпсоїдної моделі крива моделюється при малому числі параметрів, для моделювання підходять тільки логарифмічно нормальний та експоненційний розподіли, до того ж експоненційний розподіл має лише 1 вільний параметр Rc (рис. 5). Для логарифмічно нормального розподілу експериментальні дані описуються рядом корелюючих один з одним параметрів ? і Rc. Цей розподіл може змінювати форму від близької до експоненційного розподілу (Rc=6 нм) до вигляду, що зображений на рисунку (?=0.5, Rc=8 нм).

Нами було проведено порівняльні нейтронні виміри зразків рідинної системи вода-фулерен С60, приготовлених групою дослідників Шарфом, Зігмунтом та ін. [5]. Дану рідинну систему було приготовлено за методом Андрієвського [2], але у якості первинного розчинника використовувався толуол. Зразки з метою підвищення концентрації були оброблені додатковими процедурами озонування, або опромінення видимим світлом. Тільки для третього зразка, який було піддано опроміненню світлом, моделювання експериментальних кривих дає структурні параметри, близькі за значенням до параметрів зразків, приготовлених групою Андріївського. На нашу думку структура зразків рідинної системи вода-фулерен С60, отриманих в обох дослідницьких групах, відрізняється несуттєво, а певна модифікація методу приготування даної рідинної системи не приводить до суттєвих змін процесу формування агрегатів. Незважаючи на те, що не всім дослідникам на даний час вдається досягнути відносно великих концентрацій (як у випадку розчина приготовленого групою Андрієвського), особливості внутрішньої структури залишаються незмінними. Це підтверджує принципову можливість відтворення даної системи. Необхідно подальше вдосконалення та стандартизація процедури приготування рідинної системи вода-фулерен С60.

Для оцінки структурних параметрів у процесі агрегації даної рідинної системи, попередньо був проведений експеримент по динаміці агрегації з використанням поглинання світла у видимій області (? = 500 нм). В цій області поглинання фактично є розсіянням світла на неоднорідностях середовища. Експеримент проводився за допомогою стандартного спектрофотометру Hitachi-2000. Можливі два типи процесів агрегації при додаванні солі: допорогова концентрація солі, при якій агрегація відбувається повільно, зразки агрегують на протязі тривалого часу (декілька днів, або тижнів), та запорогова концентрація солі, при якій зразки коагулюють за декілька годин. Був визначений оптимальний режим процесу осадження зразка при варіюванні температури та концентрації солі NaCl: T = 288 К, СNaCl = 450 mмоль/л. На рис. 6. зображені спектри поглинання світла системою у процесі її коагуляції.

У ході експериментів з розсіяння світла був виявлений ряд особливостей поведінки системи, пов'язаних зі стабільністю агрегатів. На динаміку коагуляції системи впливає температура системи та концентрація солі NaCl. Також був виявлений ефект “старіння” зразків, який може бути спричинений частковим руйнуванням стабілізуючої оболонки та формуванням слабкої асоціації з агрегатів. З часом здатність системи до коагуляції знижується. Для нещодавно приготовлених зразків з концентрацією 300 ?моль/л гранична концентрація коагуляції дорівнювала СNaCl = 100±10 mмоль/л. Протягом півроку поріг коагуляції збільшився до ~ 450 mмоль/л, причому макроскопічні параметри системи не змінилися, вона залишалась стабільною та прозорою.

Ссист.=300 ?моль/л, СNaCl=110 mмоль/л, T=288 K. 1 - початок агрегації, 2 - t = 4 год., 3 - t = 8 год., 4 - t = 16 год. від початку агрегації у системі Рис. 7. Вплив концентрації солі NaCl на процес агрегації системи.

Ссист. = 300 ?моль/л, СNaCl = 110 mмоль/л; 1 - Т = 283 К, 2 - Т = 288 К, 3 - Т = 293 К. Довжина хвилі поглинання ? = 500 нм

На відміну від спектроскопічних вимірів, у процесі агрегації в системі при додаванні солі зростання інтенсивності малокутового розсіяння нейтронів не спостерігалось. Інтенсивність розсіяння лише поступово знижувалася до рівня фона. На рис. 8 можна бачити криві малокутового розсіяння у процесі коагуляції системи при додаванні допорогової та запорогової концентрації солі. У першому випадку з ходом часу криві нейтронного розсіяння не зазнають змін: ¦ - інтенсивність розсіяння через 1/2 год., ? - інтенсивність розсіяння через 10 год. (див. рис. 8.а). У другому випадку з ходом часу (t = 6 год.) інтенсивність розсіяння суттєво зменшується. Гладкі криві - апроксимація моделлю полідисперсних еліпсоїдів, підбір структурних параметрів для кривих розсіяння рідинної системи, що агрегує, виконати не вдається.

У розділі 4 проведено аналіз внутрішньої структури агрегатів у рідинній системі вода-фулерен С60 на основі декількох моделей із врахуванням результатів апроксимації експериментальних кривих. Розглянуто природу механізму стабілізації агрегатів на основі даних малокутового розсіяння у процесі агрегації розчину.

На основі даних, отриманих методом малокутового розсіяння нейтронів, був запропонований ряд моделей. Також було враховано дані, отримані за допомогою інших методик: диференційна скануюча калориметрія [10], пропускаюча електронна мікроскопія, спектроскопічні методи [7, 5]. розсіяння нейтрон агрегат стабілізація

Перша модель структури агрегатів передбачає існування у рідинній системі фулеритів С60. Значення середньої густини довжини нейтронного розсіяння, отримане нами у експерименті, близьке до значення густини довжини нейтронного розсіяння для кристалічного стану фулеренів С60 (? ? 0.7 нм) з параметром fcc гратки a = 1 нм, ? = 0.90, ? = 5.62 ? 1010 см-2, або для можливого кластерного стану фулеренів ? = 0.89, ? = 5.58 ? 1010 см-2, про який повідомляється у [11]. Таку близькість можна розглядати як аргумент для твердження, що зафіксовані агрегати мають переважно кристалічну або достатньо щільну структуру з густиною пакування близькою до 0.74. Незначна різниця у значеннях густини довжини розсіяння, розрахованої для фулеритів та отриманої експериментально, може пояснюватись присутністю додаткового компонента в агрегатах, що відрізняється від фулерена.

Оскільки ? передбачається малою, бензол з його густиною довжини розсіяння (1.746 ? 1010 см-2 у об'ємній області) разом з густиною нейтронного розсіяння фулерита міг би складати не більше 5% об. у агрегаті. Але багаточисельні дані спектроскопії, зокрема, ІЧ-дані [7], підтверджують відсутність залишків первинного розчинника (бензолу) у системі. Довжина розсіяння води є малою(-0.56 ? 1010 см-2 у об'ємі), і рівняння (5) дає оцінку для ? в межах інтервалу 1-3%. Таким чином, якщо вода входить у склад кристалічних агрегатів, її об'єм не перевищує 3%.

У [7] запропонована альтернативна, друга модель досліджуваних агрегатів, яка припускає, що агрегати є кластерами поодиноких гідратованих фулеренів [C60?{H2O}n]m. У цьому випадку стабільність агрегатів у системі може бути спричинена певним етапом незалежного зростання кластерів. Це означає, що кластери гідратованих фулеренів є нестабільними, але комбінація термодинамічних параметрів така, що виконується режим, коли середній розмір кластера не змінюється протягом тривалого часу. Частина молекул в оболонці може формувати донорно-акцепторні зв'язки.

Третя модель, яку слід розглянути, ґрунтується на результатах вимірів диференційної скануючої калориметрії, виконаних на гелеподібних пастах, що випали в осад з даної системи. Два ендотермічних піка спостерігаються [10] на експериментальних кривих диференційної скануючої калориметрії в області T=273.0 K. Один з них (при T = 270.7 K) можна пояснити як точку плавлення нанорозмірних кластерів води, що вбудовані усередину фулеренових агрегатів [10]. Але з однорідності агрегатів, що спостерігаються в експериментах з малокутового розсіяння нейтронів, випливає, що другий компонент в агрегатах не може складати великі ізольовані включення більші за 2 нм у розмірі, що принаймні на один порядок величини менше, ніж розмір, оцінений в експериментах з диференційної скануючої калориметрії.

Математичне моделювання експериментальних кривих дає можливість переглянути висновки стосовно структурних моделей. Найбільш імовірною формою агрегатів у системі є, очевидно, сферична форма. Дійсно, у процесі наших досліджень, а також у роботах інших авторів не було жодних посилань на форму, явно відмінну від сферичної. У випадку першої моделі еліпсоїдна форма може пояснюватися ходом формування агрегатів при приготуванні даної системи. У процесі випарування бензолу після ультразвукової обробки молекули бензолу покидають мікрокраплі, що утворились в результаті ультразвукової обробки, залишаючи в них молекули фулеренів. Вода, поступово заміщаючи бензол, починає формувати стабілізуючу оболонку. Якщо такий агрегат у процесі формування зіштовхується з подібним агрегатом, то утвориться стійка сполука. У результаті певна доля агрегатів буде мати форму, відмінну від сферичної.

Друга модель припускає присутність тільки сферичних агрегатів без існування агрегатів анізотропної форми. Одиничні гідратовані молекули фулеренів агрегують, створюючи більші кластери у випадку термодинамічної стійкості такої структури у рідинній системі. При цьому вирішити пряме завдання апроксимації експериментальної кривої за допомогою різних розподілів сферичних агрегатів не вдається. Для другої моделі можна, припустити наявність процесів агрегації і дезагрегації більших кластерів без їхнього злиття (з метою введення еліпсоїдної форми). Проте, наявність негативного заряду у агрегатів спростовує можливість існування цього процесу.

Щодо третьої моделі, заснованої на результатах експерименту з диференційної скануючої калориметрії, при апроксимації кривої нейтронного розсіяння за допомогою такої моделі форму кривої відновити не вдається. При зменшенні об'ємної води у рідинній системі може формуватися гелеподібна структура, усередині якої вода має змінені властивості. Разом з тим така вода не обов'язково повинна перебувати усередині агрегатів, оскільки малий пік теплопоглинання в експериментах з диференційної скануючої калориметрії був присутній і не змінювався незалежно від кількості об'ємної води. У експерименті з розсіяння нейтронів використовувався ненасичений розчин фулеренів і концентрації фулерена не було достатньо для формування нанопор.

Слід зауважити, що використання рентгеноструктурного аналізу не дає жодної інформації про структуру агрегатів даної рідинної системи. На кривій рентгенівського малокутового розсіяння присутній лише дифузійний фон, оскільки для рентгенівського випромінення майже відсутнє контрастування агрегатів на фоні об'ємної води.

Експерименти з агрегації рідинної системи вода-фулерен-NaCl дозволили глибше зрозуміти фізичну природу стабілізуючої оболонки агрегатів. Процес коагуляції рідинної системи відбувається відносно повільно. Концентрація йонів Na+ суттєво впливає на процес агрегації (рис. 7), що підтверджує механізм стабілізації агрегатів: зміна величини електричного заряду агрегатів приводить до збільшення ймовірності їх злипання, в наслідок чого виникає процес агрегації. При збільшенні температури процес агрегації та триває довше. Складним є пояснення ефекту “старіння” системи. Цей процес звичайно має відбуватися завдяки поступовому руйнуванню стабілізуючої оболонки. Агрегати мають асоціювати та поступово осаджуватись з системи. Але в нашому експерименті розчин залишався стабільним на протязі тривалого часу. Методом малокутового розсіяння нейтронів не виявлено ніяких змін у структурі, незважаючи на погіршення здатності агрегації у системі при додаванні солі. Дійсно, у експерименті з розсіяння нейтронів при коагуляції розчину (рис. 8) можна спостерігати лише поступове зменшення інтенсивності розсіяння без її зростання на початку процесу агрегації. Це можна пояснити достатньо крихкою структурою, яка формується з агрегатів у процесі їх асоціації. У випадку, коли агрегати містили би всередині воду, і кожна молекула С60 була б гідратована, то вони б злились один з одним. Тоді крива нейтронного розсіяння суттєво змінилась би в наслідок перерозподілу агрегатів за розміром і зменшенням концентрації. Окрім того, апроксимація експериментальних кривих підтверджує майже співпадаюче значення густини розсіяння агрегатів до густини розсіяння фулерита. Математична апроксимація експериментальних кривих розсіяння на зразках, що агрегують, при зменшенні концентрації без зміни розподілу за розмірами неможливий.

Отже, можна припустити, що причиною відсутності зростання інтенсивності розсіяння та неможливості математичної апроксимації кривих коагулюючої рідинної системи є стабільність структури агрегатів та наявність достатньо великого прошарку води, який залишається у структурі при коагуляції. Роздільна здатність методу малокутового розсіяння нейтронів складає 2 нм, і, оскільки злиплі структури сприймаються як набір окремих агрегатів, мінімальна товщина прошарку повинна складати більше 5 нм. На нашу думку, саме ці злиплі структури є причиною збільшення фону інтенсивності розсіяння для "застарілих" зразків. У першій моделі щільних кластерів фулерена С60 йдеться про достатньо тонкий прошарок води на поверхні кластерів, оскільки за допомогою методу нейтронного розсіяння важко розрізнити об'ємну воду, та воду, яка формує стабілізуючу оболонку агрегатів.

Ми можемо передбачити, що фулеренові кластери даної рідинної системи взаємодіють з біологічним середовищем лише опосередковано через достатньо великі прошарки води, які складають не менше декількох нанометрів. Той факт, що система не руйнується при коагуляції, вказує на міцність водної оболонки. В роботі [5] зі спектрів рентгенівської фотоелектронної спектроскопії на рідинній системі вода-фулерен С60, приготовлених за стандартною процедурою, можна бачити присутність ковалентного зв'язку С?ОН у системі. Оскільки більша частина молекул фулерена в агрегаті знаходиться у кристалічному (кластерному [11]) стані, то тільки на поверхні кластера молекули фулерена утворюють цей зв'язок, який є причиною стабілізації.



ВИСНОВКИ

Методом малокутового розсіяння нейтронів встановлено, що у рідинній системі вода-фулерен С60 присутні високополідисперсні агрегати (до 84 нм). Математична обробка даних малокутового розсіяння нейтронів встановила, що значна доля агрегатів у рідинній системі вода-фулерен С60 ~70% має розмір менше 30 нм.

За даними малокутового розсіяння нейтронів агрегати мають однорідну внутрішню структуру, об'ємна доля води, яка складає другий компонент в агрегатах, не перевищує 5%. На основі експериментальних даних запропоновано три моделі структури агрегатів. Порівняння теорії малокутового розсіяння з експериментом показує, що адекватною моделлю для рідинної системи вода-фулерен є модель, згідно з якою вода знаходиться на поверхні агрегатів та відіграє роль стабілізатора даної рідинної системи.

Показано, що рідинна система вода-фулерен С60 стабілізується за рахунок водної оболонки, яка має товщину, більшу 5 нм. Ця оболонка оточує щільно впаковані фулеренові кластери та не дає можливості молекулам фулеренів безпосередньо взаємодіяти із зовнішнім середовищем.

У біомедичних застосуваннях рідинної системи вода-фулерен С60 її властивості слід у першу чергу відносити до шарів води, які стабілізують кластери фулеренів. Взаємодію самих молекул С60 із біологічними середовищами можна розглядати лише у припущенні руйнування стабілізуючої водної оболонки кластерів С60.



СПИСОК ЦИТОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Wilson S.R. Biological Aspects of Fullerenes // Chemistry, Physics, and Technology. - New York, John Wiley and Sons: Kadish K M, Ruoff R S. - 2000. - P.437-465.

2. On the Production of an Aqueous Colloidal Solution of Fullerenes. // Andrievsky G., Kosevich M., Vivk O. et al. J. Chem. Soc. Chem. Comm. - 1995. V.12. - P.1281-1285.

3. Comparison of Electrokinetic Properties of Colloidal Fullerenes (n - C60) Formed Using Two Procedures / Brant J., Lecoanet H., Hotze M., Wiesner M. / Environ. Sci. & Technol. - 2005. - V.7, N 4. - P.6343-6351.

4. Equation of state for C60 toluene solution // Adamenko I.I., Bulavin L.A., Moroz K.O., et al. J. Mol. Liq. - 2003. - V.105, N 2-3. - P.149-155.

5. Characterisation of Water-Soluble Fullerene C60 Oxygen and Hydroxyl Group Derivatives for Photosensitizers // Scharff P., Sigmund C., Risch K., et al. Fullerenes Nanotubes Carb. Nanostr. - 2005. - V.13, N S1. - P.497-509.

6. Structure of fullerene C60 in aqueous solution // Bulavin L.A., Adamenko I.I., Prylutskyy Yu.I. et al. Phys. Chem. Chem. Phys. - 2000. - No.2. - P.1627 - 1629.

7. Comparative Analysis of Two Aqueous-Colloidal Solutions of C60 Fullerene with Help of FTIR Reflectance and UV-Vis Spectroscopy / Andrievsky G.V., Klochkov V.K., Bordyuh A., Dovbeshko G.I. / Chem.Phys.Lett. - 2002. V.364. - P.8-17.

8. Feigin, L.A.; Svergun, D.I. Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering. - Moscow: Nauka. - 1986; - NY: Plenum Press. - 1987.

9. Glatter O. Modern Aspects of Small-Angle Scattering // Kluwer Academic, Dordrecht: H. Brumberger. - 1995.

10. DSC study of C60 - water system: unexpected peaks // Korobov M. V., Stukalin E. B., Ivanova N. I., et al. The Exciting World of Nanocages and Nanotubes. - Electrochemical Society, Pennington, N. Y.: Kamat P. V., Guldi D. M., Kadish K. M. - 2002. - V.12. - P.799-814.

11. Theoretical predictions and experimental studies of self-organized C60 nanoparticles in water solution and on the support // Prilutski Yu.I., Durov S.S., Yashchuk V.N., et al. Eur. Phys. J. - 1999. - V.9. - P.341-343.

Список опублікованих праць за темою дисертації

12. Khokhryakov A. A., Avdeev M. V., Tropin T. V., Andrievski G. V., Bulavin L. A., Osip'yan Yu. A., Aksenov V. L. Small-Angle Neutron Scattering by Colloidal Solutions of Fullerene C60 in Water // Cryst. Rep. - 2004. - V.49, N1. - P.S142-S147.

13. Avdeev M.V., Khokhryakov A.A., Tropin T.V., Andrievsky G.V., Klochkov V.K., Derevyanchenko L.I., Rosta L., Garamus V.M., Priezzhev V.B., Korobov M.V., Aksenov V.L. Structural Features of Molecular-Colloidal Solutions of C60 Fellerenes in Water by Small-Angle Neutron Scattering // Langmuir. - 2004. - V.20. - P.4363-4368.

14. Khokhryakov A.O., Avdeev M.V., Aksenov V.L., Bulavin L.A. Structural Organization of Colloidal Solution of Fullerene C60 in Water by Data of Small Angle Neutron Scattering // J. Mol. Liq. - 2006. - V.127. - P.73-78.

15. Khokhryakov A.O., Avdeev M.V., Kyzyma O.A., Len A., Bulavin L.A., AksenovV.L. Colloidal structure and nature of stabilization of nonmodified fullerene water solutions //Cryst. Rep. - 2007. - V.52, N 3. - P. 487-491.

16. Хохряков А.О., Авдєєв М.В., Кизима О.А., Лен А., Аксенов В.Л., Булавін Л.А. Структура і механізм стабілізації немодифікованих водних розчинів фулеренів //Сучасні проблеми молекулярної фізики. - К: ВПЦ «КУ», 2006. - С. 110-120.

17. Avdeev M.V., Aksenov V.L., Andrievsky G.V., Derevyanchenko L.I., KhokhryakovA.A., Klochkov V.K. Water-based fullerene colloidal solutions by means of small-angle neutron scattering technique // Тези міжнародної конференції “XIIth International Conference On Selected Problems Of Modern Physics”. - Об'єднаний інститут ядерних досліджень, Дубна, Росія, 2003. P.108-109.

18. Aksenov V.L., Andrievski G.V., Avdeev M.V., Derevyanchenko L.I., KhokhryakovA.A., Klochkov V.K., Rosta L.. Structural Features of Colloidal Solutions of Fullerenes in Water by Small-angle Neutron Scattering. //Тези міжнар. конф. “6th Biennial International Workshop “Fullerenes and Atomic Clusters”. - Санкт-Петербург, Росія, 2003. - P. 306.

19. Avdeev M.V., Khokhryakov A.A., Andrievsky G.V., Klochkov V.K., Derevyanchenko L.I., Rosta L., Aksenov V.L.. Structural Features of Colloidal Solutions of C60 in Water by Small-angle Neutron Scattering //Тези міжнар. конф. “2nd International Conference “Physics Of Liquid Matter:Modern Problems”. - Київ, 2003. P.141.

20. Хохряков А.А. Малоугловое рассеяние тепловых нейтронов на коллоидных растворах фуллерена С60 в воде //Тези всерос. конф. “VIII научная конференция молодых ученых и специалистов”. - Об'єднаний інститут ядерних досліджень, Дубна, Росія, 2004. - C.57.

21. Хохряков А.А., Авдеев М.В., Тропин Т.В., Андриевский Г.В., Аксенов В.Л. Механизмы устойчивости коллоидного раствора C60 в воде // Тези всеросійської конференції “IX научная конференция молодых ученых и специалистов”. - Об'єднаний інститут ядерних досліджень, Дубна, Росія, 2005. - С. 135 - 138.

22. Khokhryako A.O.v, Avdeev M.V., Aksenov V.L., Andrievsky G.V., Bulavin L.A. Structural Models of Colloidal Solution of C60 in Water // Тези міжнародної конференції “The 3-rd International Conference and Strategic Workshop: Nanoscale Liquid Systems”. - Київ, 2005. С. 172.

23. Khokhryakov A.O., Avdeev M.V., Andrievsky G.V., Korobov M.V., Aksenov V.L. Models Of Structural Organization Of Colloidal Particles In Aqueous Fullerene Dispersions // Тези міжнародної конференції “IV Workshop on Investigations at the IBR-2 Pulsed Reactor”. - Дубна, Росія, 2005. P. 66.

24. Khokhryakov A., Avdeev M., Kyzyma O., Len A., Bulavin L., Aksenov V. Structure and Stabilization Mechanism of Non-modified Fullerene Water Solutions // Тези міжнародної конференції “V Workshop on Investigations at the IBR-2 Pulsed Reactor”. - Дубна, Росія, 2006. P. 79.

25. Хохряков А.А., Авдеев М.В., Кизима О.А., Лен А., Булавин Л.А., Аксенов В.Л. Структура и механизм стабилизации немодифицированных водных растворов фуллеренов // Тези міжнародної конференції “XIX совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния РНИКС”. - Обнинськ, Росія, 2006г. C. 84.



АНОТАЦІЯ

Хохряков А.О. Нейтронні дослідження структури рідинної системи вода-фулерен С60. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.14 - теплофізика та молекулярна фізика. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню фізичних властивостей рідинних систем вода-фулерен С60 згідно даним малокутового розсіяння нейтронів. Головна увага приділяється внутрішній структурі агрегатів, присутніх у системі, та їх механізму стабілізації. На основі експериментальних даних були обраховані структурні параметри та запропонований ряд моделей структури агрегатів. Доля додаткового компонента, окрім молекул фулерена, у структурі агрегатів є малою (5% для можливих домішок). Завдяки математичній обробці експериментальних даних отримані розподіл агрегатів за розмірами, додаткову інформацію про структуру агрегатів та обрано найбільш відповідну модель їх структури. Показано, що більша доля ~70% агрегатів має розмір менше 30 нм. Підтверджено, що вода знаходиться на поверхні агрегатів та відіграє роль стабілізатора даної рідинної системи. Дослідження з коагуляції системи підтверджують стабільність структури агрегатів у рідинній системі. Експеримент з розсіяння нейтроннів у процесі коагуляції не відображає зростання розмірів агрегатів, що пояснюється грубою водною оболонкою, яка не дає можливості агрегатам достатньо наблизитися один до одного. У дисертації показано, що у рідинній системі вода-фулерен С60 стабілізуюча оболонка (більше 5 нм) оточує щільно впаковані фулеренові кластери та не дає можливості молекулам фулеренів безпосередньо взаємодіяти із зовнішнім середовищем, що необхідно враховувати у біомедичних дослідженнях із застосуванням даної рідинної системи.

Ключові слова: нейтронні дослідження, малокутове розсіяння, рідинна система, фулерен, С60, стабілізуюча оболонка, коагуляція системи.

Хохряков А.А. Нейтронные исследования структуры жидких систем вода-фуллерен С60. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2007.

Диссертация посвящена исследованию физических свойств жидкой системы вода-фуллерен С60 согласно данным малоуглового рассеяния нейтронов. Главное внимание уделяется внутренней структуре агрегатов, присутствующих в системе, и механизму их стабилизации. На основе экспериментальных данных были вычислены структурные параметры и предложен ряд моделей структуры агрегатов. Доля дополнительного компонента, помимо молекул фуллерена, в структуре агрегатов мала (5% для возможных примесей). Благодаря математической обработке экспериментальных данных получены распределение агрегатов по размерам, дополнительная информация о структуре агрегатов и выбрана наиболее соответствующая модель их структуры. Показано, что большая часть ~70% агрегатов имеет размер меньше 30 нм. Подтверждено, что вода находится на поверхности агрегатов и играет роль стабилизатора данной жидкой системы. Исследования по коагуляции системы подтверждают прочность структуры агрегатов в системе. Эксперимент по рассеянию нейтронов в процессе коагуляции не отображает возрастания размеров агрегатов, что поясняется большой водной оболочкой, которая не дает возможности агрегатам достаточно приблизиться друг к другу. В диссертации показано, что в жидкой системе вода-фулерен С60 водная оболочка (больше 5 нм) окружает плотно упакованные фуллереновые кластеры и не дает возможности молекулам фуллеренов непосредственно взаимодействовать с внешней средой, что необходимо учитывать в биомедицинских исследованиях с применением данной жидкой системы.

Ключевые слова: нейтронные исследования, малоугловое рассеяние, жидкая система, фуллерен, С60, стабилизирующая оболочка, коагуляция системы.

Khokhryakov A.O. Neutron Investigations of the Liquid System Water- Fullerene C60 Structure. - Manuscript.

Thesis for the Doctor of Philosophy degree (Candidate of science in Physics and Mathematics) by specialty 01.04.14 - thermophysics and molecular physics. Physics Department, Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, 2007.

The thesis concerns the research of physical properties of a liquid system water-fullerene C60 according to small angle neutron scattering data. The main attention is paid to internal structure of the aggregates in the system and their stabilization mechanism.

Small angle neutron scattering experiments on the liquid system water-fullerene C60 were carried out with several samples on different facilities with different calibration methods to avoid any instrumental artifacts. The results show full correspondence in all range of the scattering vector q.

Structural parameters have been calculated on basis of the data of neutron scattering. In the liquid system water-fullerene C60 highly polydisperse aggregates up to 84 nm are present. Mathematical approximation of small angle neutron scattering data has determined the major part of the aggregates ~70% has size lower then 30 nm. The experiment on the contrast variation allows to determine the absence of density fluctuations of the internal structure of the aggregates and to obtain the value of their packing density, which is close to the fullerene crystal like aggregate structure.

Three models of aggregate structure have been offered. The first model implies that the aggregates are fullerites or rather dense clusters covered with charged thin shells of hydration water, which stabilize the liquid system. Insignificant difference in the value of the neutron wavelength scattering density calculated for fullite and that of obtained experimentally may be explained by the presence of additional component in the aggregates apart from fullerite. The second model suggests that the particles represent associates of single hydrated C60 fullerenes. In this case stability of the aggregates in the liquid system may be produced by the certain process of the cluster growth. It means that clusters of the hydrated fullerenes are unstable but combination of thermodynamic parameters allows regime when average cluster size remains unchanged during long time. The last model considers the particles in the liquid system as closed structures with water captured inside. But we have to assume relatively free H2O - D2O exchange between bulk water and water imbedded to the fullerene aggregate.

Comparison of the experiment with the small angle scattering theory allows choosing an adequate model: the model of crystal like fullerene clusters covered with water shell which plays role of the liquid system stabilizer. According to the SANS data, the fraction of the hydration water in the aggregates should not exceed 3 vol. %. Mathematical approximation using spherical model of aggregates fails using any size distribution function. The approximation curve always lays lower then experimental data points. The experimental curve may be approximated with low number of parameters after introduction of ellipsoidal model. Only logarithmic normal and exponential size distribution functions fit the procedure. Exponential distribution function has only one free parameter Rc The last two parameters: the packing density and elongation factor are strictly limited by physical properties of the liquid system. Slight anisotropy of the aggregates can be explained by the preparation procedure features.

The experiment on neutron scattering on the liquid system coagulation doesn't reflect growth of the aggregate size. It has been determined that aggregates retain their internal structure and form loose associates from the aggregates present in the liquid system. According to this the stabilizing water shell should have thickness at least 5 nm, which is stipulated by instrumental resolution of the small angle neutron scattering facility.

Thus, aggregates of the liquid system water fullerene C60 have hard structure, water stands as the stabilizing shell, which is formed on the surface of the fullerene cluster.

To our opinion, fullerene clusters of the liquid system are able to interact with external medium only indirectly through quite thick layers of water, which comprise at least several nanometers. The fact that the liquid system structure is not destructed during coagulation process points to the strength of the stabilizing water shell. In biomedical investigations, involving the liquid system water-fullerene C60 one should consider on the first place interaction of water layers stabilizing the aggregates with the medium. Interaction of the fullerene molecules themselves should be considered only in assumption of destruction of the stabilizing shell of the C60 aggregates.

Key words: neutron investigations, small angle scattering, liquid system, fullerene, C60, stabilizing shell, system coagulation.

Размещено на Allbest.ru

...