第一节 新型无机非金属材料

第一节新型无机非金属材料第1页，课件共19页，创作于2023年2月碳的三种同分异型体的比较金刚石石墨C60第2页，课件共19页，创作于2023年2月结构和性质金刚石石墨C60C原子的成键形式四面体平面三角形球面形（直径710pm）C原子的杂化轨道sp3sp2sp2.26(σ键s0.3p0.7)C－C－C键角109°28＇120°116°C－C键长/pm154.4141.8139.1(6/6)145.5(6/5)密度/g.cm-33.5142.2661.678电阻/Ω.cm1014～1016(0.4-5.0)×10-4(∥层)(0.2-1.0)(⊥层)硬度/Mohs10<1碳的三种同分异型体的比较第3页，课件共19页，创作于2023年2月“明星分子”的发现RobertF.Curl教授（RiceUniversity）HaroldW.Kroto教授（UniversityofSussex）RichardE.Smalley教授（RiceUniversity）第4页，课件共19页，创作于2023年2月C60的发现历程（一）——意外的发现（1）HaroldW.Kroto的研究领域是星际分子问题；（2）RichardE.Smalley研究的是各种元素原子簇的性质；Smalley发明了一台很好的仪器，叫激光超声波原子束射线测试仪，这台测试仪可以进行周期表内几乎所有元素的原子束的研究。

第5页，课件共19页，创作于2023年2月图1激光超声波原子束射线测试仪第6页，课件共19页，创作于2023年2月图2质谱仪工作原理第7页，课件共19页，创作于2023年2月图3实验中得到的质谱图第8页，课件共19页，创作于2023年2月C60的发现历程（二）——结构的鉴定Smalley和他的夫人（也是一位科学家）最初使用牙签搭建C60的模型，可惜没有成功；接着用计算机进行模拟也遭失败。后来他们借助Kroto送给Smalley小孩的一些玩具模型搭成了一个球体（包含有12个五边形与20个六边形）后，向数学家Veech（同属RiceUniversity）请教C60能是一种什么样的结构。Veech的答复是：“和足球的结构相同”。于是C60的结构就被确定了下来。第9页，课件共19页，创作于2023年2月C60的发现历程（三）——物性、谱学的研究STM（扫描隧道显微镜）测试图5扫描隧道显微镜原理示意图图4扫描隧道显微镜第10页，课件共19页，创作于2023年2月图6C60的STM原子分辨图第11页，课件共19页，创作于2023年2月C60的发现历程（四）——制备方法的改进1991年8月在美国费城举行了“C60及其衍生物研究”的学术报告会，同年10月在亚历山大凤凰城举行了另一场报告会。两场报告会都是座无虚席，情景空前热烈。图7电弧法制备C60的装置但是改进后的方法产量还是小，从1000克石墨只能得到3克C60。由于制备上的困难，C60价格非常昂贵，比如粗制煤烟20$/g，富含C60的煤烟80$/g，含多种球碳的煤烟500$/g。提纯后C60-C70混合物的价格是1200$/g，几乎为当年黄金价格的100倍。第12页，课件共19页，创作于2023年2月C60应用举例第13页，课件共19页，创作于2023年2月一、C60在超导体中的应用图1M+处于C60的fcc晶格间隙K3C60Rb3C60Cs3C60Tc/K18～193033（-240℃）表1几种碱金属掺杂C60的超导性质1、掺杂C60的超导体第14页，课件共19页，创作于2023年2月2、C60的多聚物图2C60的二聚物C116有人曾经预测过，当C原子数达到540时，就可获得室温超导。第15页，课件共19页，创作于2023年2月二、C60F60C60打开30个双键与氟发生加成反应生成C60F60，这是一种白色的粉末，耐高温（约700℃），可以用作超级固体润滑剂。因此，C60F60被称为“分子滚珠”。三、C60的耐压性在常压下碳的同素异形体中金刚石的硬度大，其次是石墨，C60最小。美国康奈尔大学的研究工作表明：在中等压力下情况却完全不同，C60的耐压程度要远远超过金刚石。第16页，课件共19页，创作于2023年2月C60具有非线性光学性质，可做成新一代光学电脑开关。四、C60F60的非线性光学性质可以合成顶端含C60的星型聚乙烯大分子，用作为多电子存储系统。五、用作多电子存储系统将金属锂植入C60内部形成的LiC60化合物，可作为高能锂电池。六、LiC60七、用于制作"巴基管"――碳纳米的材料第17页，课件共19页，创作于2023年2月碳纳米管简介C60、C70只是福勒烯家族中的一员，除此之外，还有多种形式的碳单质相继被科学家所发现，比如：碳纳米管、碳纳米颗粒、“巴基洋葱头”。碳纳米管可以看成用石墨层卷曲形成的管状结构，第一个碳纳米管由日本NEC公司的S.Lijima所发现。图1碳纳米管第18页，课件共19页，创作于2023年2月碳纳米管由于其磁学、电学性能的改变，其应用领域变宽，比如用作催化剂或其载体、纳米导线、复合材料、纤维与药物等。碳纳米管一个令人激动的应用领域就是替代半导体硅制备碳基电子器件。传统的硅半导体存在发热问题，由于碳纳米管的电子物理性质来源于几何结构(直径小于0.1nm即发现有量子效应)而不是来自掺杂，故其热稳定性好，可制得比硅芯片小百倍的器件。碳纳米管器件还可望代替CRT阴极射线管，解决笔记本电脑、大屏幕电视的显示等问题。RichardE.Smalley曾经预言可用碳纳米管作“数字绘画”（又称为“分子焊接”）：碳纳米管相当于画笔的笔杆；连在碳纳米管上的催化分子好像是画笔的鬃毛；而画布就是需