富勒烯与碳纳米管

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1、碳纳米材料司徒粤讲师化学与化工学院华南理工大学碳元素的同素异形体a金刚石b石墨c蓝丝黛尔石（六方金刚石）d/e/f巴克球g不定型碳h碳纳米管石墨烯石墨炔碳的同素异形体金刚石（SP3）石墨（SP2）内容简介蓝丝黛尔石富勒烯巴克球碳纳米管石墨烯石墨炔蓝丝黛尔石（Lonsdaleite）又称作六方金刚石（hexagonaldiamond）。蓝丝黛尔石是流星上的石墨在坠入地球时的巨大压力及热量作用下，改变构形成金刚石，同时又保留了石墨的平行六边形晶格，最终形成具有六方晶格新型碳同素异形体，其硬度比金刚石硬58%。1967年

2、发现于美国亚利桑那州巴林杰陨石坑蓝丝黛尔石富勒烯任何由碳一种元素组成，以球状，椭球状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。巴克球、巴基球巴克管、碳纳米管克罗托HaroldW.KrotoUniversityofSussex斯莫利RichardE.SmalleyRiceUniversity柯尔RobertCurlRiceUniversity大泽映二日本纳米碳研究所C60加拿大蒙特利尔万国博览馆球形圆顶薄壳建筑理查德·巴克明斯特·富勒C60的结构富勒烯中的碳原子为SP2杂化，三配位，分子形状接近球形。闭合的笼状分子

3、12个五边形和20个六边形。五边形都被六边形所包围，而六边形周围则是三个五边形与三个六边形。形成三维大π键球形富勒烯可简写为C2n，其中五边形12个，六边形n-10个目前发现最小的富勒烯为C20巴克球的制备激光蒸发法：大功率激光束轰击石墨使其气化，用1MPa压强的氦气产生超声波，使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并迅速冷却形成新的碳分子。电弧法：在氦气或是氩气的保护下，高温电弧可以制备出含有C60的黑色烟灰。当两根高纯石墨电极靠近进行电弧放电时,炭棒气化形成等离子体,在惰性气氛下小碳分子经多次碰撞、

4、合并、闭合而形成稳定的C60及高炭富勒烯分子,苯火焰燃烧法：1991年麻省理工学院的Howard等燃烧用氩气稀释过的苯获得C60和C70混合物。将苯、甲苯在氧气作用下不完全燃烧的碳黑中有C60或C70，通过调整压强、气体比例等可以控制C60与C70的比例，这是工业中生产富勒烯的主要方法。石墨直接加热法：1992年Peter和Jansen等利用高频电炉在2700℃，150KPa氦气氛中于一个氮化硼支架上直接加热石墨样品重结晶法：苯（或二硫化碳和四氯化碳）溶出黑色烟灰中的C60，缓慢加热蒸去溶剂，得到暗棕色或是黑色的晶

5、体。升华法：在真空或是惰性气体中将烟灰加热至400C，C60可以升华出来，升华后的覆盖层由于厚度不同而呈棕色至灰色。二氮杂二环(DBU)化学络合分离法高效液相色谱法柱层析法巴克球的提纯巴克球的性质分子稳定，抗辐射和化学腐蚀，25℃时，C60分解需要2000年。C60分子具有笼状结构，抗压性比所有粒子都强，C60的耐压程度远比金刚石高。它能导电，导电性比铜强，重量只有铜的六分之一。硬度比钻石还硬，韧性(延展性)比钢强100倍C60、C70分子具有光限效应。即当光流量较小时，其溶液是透明的。但是当强光超过阀值强度以后

6、，溶液立即变成不透明。C60分子可以和金属结合，也可以和非金属负离子结合。与惰性元素可形成He@C60和Ne@C60，是惰性气体唯一形式的化合物。C60完全氟化得到的C60F60是一种超级耐高温材料当碱金属原子和C60结合时，电子从金属原子转到C60分子上，可形成具有超导性能的MxC60，其中M为K，Rb，Cs；x为掺进碱金属原子的数目。K3C60在18K以下是超导体，在18K以上是导体，掺进原子数可达6个，K6C60是绝缘体。富勒烯的应用润滑剂和研磨剂C60具有特殊的圆球形状，是所有分子中最圆的分子；另外，C60

7、的结构使其具有特殊的稳定性。在分子水平上，单个C60分子是异常坚硬的，这使得C60可能成为高级润滑剂的核心材料。在炭黑中添加少量含有一定量的富勒烯烟炱,可以降低胶料的滚动阻力。在功能高分子材料领域,已有研究成果表明,将C60C70的混和物渗入发光高分子材料聚乙烯咔唑中,得到的新型高分子光电导体在静电复印、静电成像以及光探测等技术中可广泛应用。富勒烯的质轻、高强度和强韧性的特点可用于羽毛球拍等对机械强度要求高的材质。将富勒烯与铂、锇结合成配位化合物,有可能成为高效的催化剂。目前科研人员正在对此进行研究,并发现这种配位

8、化合物在硅氢加成反应中具有很高的催化活性。富勒烯经光激发后有很高的单线态氧的产率,可应用于光化治疗技术,用以控制甚至杀死癌细胞;富勒烯的衍生物可防治糖尿病、艾滋病。正C60富勒烯是一种很强的抗氧化物质,其抗氧化能力是维生素C的125倍。除了抗氧化外,还具有清除自由基、活化皮肤细胞(预防衰亡)等作用。在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛