Две возможности были предложены для процесса отжига углеродного кластера в фуллерен: постепенная трансформация полициклического кластера через последовательность реакций перехода одного изомера в другой и кристаллизация жидкого кластера. Были проведены расчеты постепенной трансформации в фуллерен для плоского трехциклического кластера C60 (рис. 8) и трехмерного трехциклического кластера С36 (рис. 9 и 10). При трансформации плоского трехциклического кластера получается очень вытянутый фуллерен С60 с множеством дефектов - с семиугольниками и соприкасающимися пятиугольниками. Более того, расчетное время трансформации более > 10-3 сильно зависит от начальной структуры трехциклического кластера и даже для такого "дефектного фуллерена превышает экспериментальное время образования фуллеренов. При трансформации трехмерного трехциклического кластера
Модель трансформации полициклического кластера в фуллерен не предусматривает испускание атомов и микрокластеров во время этого процесса. Однако, как упомянуто выше, на испускание атомов и микрокласте- ров во время отжига углеродного кластера в фуллерен указывает ряд экспериментов. Испускание атомов и микрокластеров возможно из жидкого кластера. В силу приведенных аргументов мы считаем, что кристаллизация жидкого кластера является более вероятным путем трансформации кластеров в фуллерен, чем постепенная трансформация полициклического кластера. Тем не менее, мы полагаем, что возможен кроссовер от одного поведения к другому в зависимости от начальной температуры кластера и времени отжига.
Итак, мы считаем, что образование фуллеренов происходит в следующем порядке: сначала образуются жидкие углеродные кластеры, затем эти кластеры кристаллизуются в фуллерены с испусканием атомов и микрокластеров. Используем этот сценарий для объяснения ряда экспериментальных фактов.
1. Исследования ЯМР фуллеренов С60, обогащенных изотопом 13С, показывают, что атомы 13С, бывшие соседями в аморфном углероде, не являются ими в фуллеренах. Этот факт означает либо отсутствие С2, С3и других микрокластеров среди продуктов испарения аморфного углерода, либо, в соответствии с обсуждаемой моделью кристаллизации жидкого кластера в фуллерен, перемешивание атомов в жидком кластере до его кристаллизации.
2. В ряде экспериментов для углеродных кластеров, содержащих 30-40 атомов, наблюдается "мертвая область" в масс-спектре с очень малым количеством кластеров. Было предположено, что кластеры из "мертвой области" распадаются с испусканием кластеров, содержащих более 10 атомов. Мы предлагаем другое обмеление "мертвой области". Фуллерены, содержащие 30-40 атомов, имеют меньшую энергию связи, приходящуюся на один атом, чем фуллерены большего размера. Поэтому кластеры, содержащие 30-40 атомов, имеют меньшую температуру кристаллизации, позднее кристаллизуются в фуллерены при остывании плазмы и, следовательно, у них есть больше времени для роста в большие кластеры, что приводит к существенному уменьшению количества кластеров, соответствующих "мертвой области" масс-спектра. Такое объяснение подтверждается расчетами кинетики возникновения углеродных кластеров. Не исключена также возможность, что "мертвая область" возникает в результате роста фуллеренов после их образования.
3. Были предложены особые пути сборки металло- фуллеренов с атомом металла внутри. Мы предлагаем простое объяснение: атом оказывается внутри фуллерена в процессе кристаллизации жидкого кластера.
Было обнаружено, что атомы инертных газов могут попадать внутрь фуллеренов после образования последних. Механизм "открывания окна" был предложен для объяснения этого эксперимента: связи между атомами фуллерена перестраиваются на короткое время, образуя вместо шестичленного кольца кольцо большего размера, через которое атом инертного газа проникает внутрь.