神奇的碳材料--富勒烯

2020-06-28 新材料在線官網

早在2015年，英國牛津一家創業公司便以每克10.8億元人民幣的價格賣出內嵌富勒烯，這也使得內嵌富勒烯成為了全世界第二貴的材料。內嵌富勒烯為何有如此天價身值，這還得從富勒烯說起。


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N@C60的模型(@符號代表碳籠包裹著氮原子)


富勒烯（Fullerene)是單質碳被發現的第三種同素異形體，它是由五元環和六元環構成的一系列封閉籠狀結構的全碳分子。


自從1985製備出富勒烯（C60分子）後，不斷有新結構的富勒烯被預言或發現，並超越了單個團簇本身。


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C60的電子密度


內嵌富勒烯：這種材料的分子結構包括碳原子組成的堅固的富勒烯籠，以及內部包裹著的簡單的原子或分子，如N、P等。


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碳納米管，又名巴基管，是一種主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。


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由於富勒烯完美的對稱結構、在納米尺度範圍內特殊的穩定性，以及奇異的電子結構，使其成為在許多高新技術領域應用潛力巨大、不可替代的材料，被業界稱為「納米王子」。


製備方式


自從克羅託發現C60以來，人們發展了許多種富勒烯的製備方法。較為成熟的富勒烯的製備方法主要有電弧法、雷射蒸發法、燃燒法和化學氣相沉積法等。分離和提純方法有萃取法、重結晶法、升華法、液相色譜法、化學反應法。


應用領域


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超導材料


富勒烯是一種接近超導的材料，即電阻幾乎等於零，在電離子通過該材料時，會產生強大的共振效益，因此可利用電離子的游離析出。


磁懸浮列車

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超導超級對撞機

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化妝品


由於富勒烯能夠親和自由基，具有極強的抗氧化能力，能夠起到活化皮膚細胞，預防肌膚衰亡的作用。


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醫療材料


內含金屬富勒烯醇膠Gd@C82(OH)22可有效抑制腫瘤生長。


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Gd @ C82（OH）22納米顆粒抑制腫瘤生長的關鍵途徑示意圖


太陽能電池


自1995年俞剛博士將富勒烯的衍生物用於本體異質結有機太陽能電池以來，有機太陽能電池得到了長足的發展，參雜PCBM的有機太陽能電池也開始商用。


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燃料電池


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二次電池


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潤滑油


C60在較高速度範圍內具有一定的極壓和潤滑作用，經過適宜的改性處理可成為優良的潤滑油添加劑。


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類金剛石薄膜


富勒烯在類金剛石薄膜生長的均勻成核位置而起重要作用。富勒烯材料的獨特性質之一是它們在較低溫度下升華，對於C60，其升華點大約是600℃，這使得富勒烯在不規則形狀表面上的氣體沉積覆蓋相對來說很容易實現。


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半導體晶片


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