富勒烯的资料

班级：学号：姓名：富勒烯材料前言：富勒烯（Fullerene)是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。富勒烯与石墨结构类似，但石墨的结构中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。1985年RobertCurl等人制备出了C60。1989年，德国科学家Huffman和Kraetschmer的实验证实了C60的笼型结构，从此物理学家所发现的富勒烯被科学界推向一个崭新的研究阶段。富勒烯的结构和建筑师Fuller的代表作相似，所以称为富勒烯。1985年英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利在莱斯大学制备出了第一种富勒烯，即富勒烯分子，因为这个分子与建筑学家巴克明斯特·富勒的建筑作品很相似，为了表达对他的敬意，将其命名为巴克明斯特·富勒烯。饭岛澄男早在1980年之前就在透射电子显微镜下观察到这样洋葱状的结构。自然界也是存在富勒烯分子的，2010年科学家们通过史匹哲太空望远镜发现在外太空中也存在富勒烯。“也许外太空的富勒烯为地球提供了生命的种子”。在富勒烯的发现之前，碳的同素异形体的只有石墨、钻石、无定形碳（如炭黑和炭），它的发现极大地拓展了碳的同素异形体的数目。巴基球和巴基管独特的化学和物理性质以及在技术方面潜在的应用，引起了科学家们强烈的兴趣，尤其是在材料科学、电子学和纳米技术方面。命名很像足球的球型富勒烯也叫做足球烯，或音译为巴基球，中国大陆通译为富勒烯，台湾称之为球碳，香港译为布克碳；偶尔也称其为芙等；管状的叫做碳纳米管或巴基管。富勒烯的中文写法有三种，以C60为例，第一种是标准的写法，即[60]富勒烯；第二种为碳60，60也不用下标，这是中文专用的写法；第三种为C60，与英文一致。历史：早在1965年，二十面体C60H60被认为是一种可能的拓扑结构。20世纪60年代科学家们对非平面的芳香结构产生了浓厚的兴趣，很快就合成了碗状分子碗烯。日本科学家大泽映二想到，也许会有一种分子由sp杂化的碳原子组成，比如将几个碗烯拼起来的共轭球状结构，实现三维芳香性。[4]他开始研究这种球状分子，不久他得出这种结构可以由截去一个二十面体的顶角得到，并称之为截角二十面体，就像足球的拼皮结构那样；他还预言了CnHn分子的存在。大泽虽然在1970年就预言了C60分子的存在，但遗憾的是，由于语言障碍，他的两篇用日文发表的文章并没有引起人们的普遍重视，而大泽本人也没有继续对这种分子的研究，因而使得C60的发现已经是15年以后的事了。1970年汉森设计了一个C60的分子结构，并用纸制作了一个模型。然而这种碳的新形式的证据非常弱，包括他的同事都无法接受。因此这个结果并没有发表，不过《碳》期刊在1999年确认了这个结果。富勒烯的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室的罗芬考克斯和科多发现的，当时他们使用由莱斯大学理查德·斯莫利设计的激光汽化团簇束流发生器，用激光汽化蒸发石墨，用飞行时间质谱发现了一系列Cn（n=3，4，5，6）和C2n（n>=10）的峰，而相距较近的C60和C70的峰是最强的不过很遗憾，他们没有做进一步的研究，也没有探究这个强峰的意义。1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国赖斯大学的科学家理查德·斯莫利、海斯、欧布莱恩和科乐等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。富勒烯的主要发现者们受建筑学家巴克敏斯特·富勒设计的加拿大蒙特利尔世界博览会球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为巴密键合，成空间网状结构，最终形成了一种硬度大、活性差的固体。石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层只见键合比较脆弱，因此层与层之间容易被滑动而分开。富勒烯中的碳原子是以球状穹顶的结构键合在一起。碳纳米管具有典型的层状中空结构特征。碳分子图库

从左边起，依次为金刚石、石墨、碳链、C60、C70和纳米管

用途与发展前景：工业富勒烯是一种新发现的工业材质，它的特性：1.硬度比钻石还硬2.轫度(延展性)比钢强100倍3.它能导电，导电性比铜强，重量只有铜的六分之一4.它的成分是碳，所以可从废弃物中提炼。由于特殊的结构和性质，C60在超导、磁性、光学、催化、材料及生物等方面表现出优异的性能，得到广泛的应用。特别是1990年以来制备出克量级的C60，使C60的应用研究更加全面、活跃。像在电子学领域，生物医药领域，超导领域，大气与水处理领域，高能材料与太阳能电池领域，催化剂领域，激光科学领域，润滑领域。超导：C60分子本身不导电。但当碱金属嵌入C60分子之间的空隙后，C60与碱金属的系列化合物将转变为超导体，如K3C60即为超导体，且具有很高的超导临界温度。与氧化物超导体比较，C60系列超导体具有完美的三维超导性，电流密度大，稳定性高，易于展成线材等优点，是一类极具价值的新型超导材料。高能材料：以C60或N60为基础，经过物理化学处理，可能研发出未来的高能材料。在传统的高氯酸铵推进剂中添加20%的N60，相对推进力至少可以提高150Ns/kg。氮系富勒烯N60可能在下一代火箭推进剂得到应用。太阳能电池：P型共轭聚合物和N型富勒烯混合组成复合物，作为太阳能电池的薄膜材料，可提高光电转换效率。催化：催化氢转移和硅氢化反应，催化烷烃裂解反应，催化H2-D2互换反应、催化耦合和烷基转移反应，在非金属固氮体系中的应用，在金刚石合成及助推剂中的应用。润滑：理论研究：完全非公度下可实现超滑。实验研究：C60膜/可使摩擦性能得到一定改善。C60用于润滑添加剂/具有一定的极压和润滑性能。C60的衍生物C60F60俗称“特氟隆”可做为“分子滚珠”和“分子润滑剂”。生物医药：富勒烯被认为是“清除自由基的海绵”,实验证明其可以有效减少神经元死亡。富勒烯这种神经保护的活性主要与其清除自由基(超氧阴离子、羟自由基)的能力有关。实验表明,多羟基富勒烯[C60(OH)n],又名富勒醇是一种很好的抗氧化剂,清除自由基效率高,且其水溶好,可以自由穿过血脑屏障,对其研究比较深入。实验证明其可以降低原代培养的皮质神经元的凋亡水平,保护自由基对神经组织的损伤。用途备注高温有机超导体和半导体搀杂金属的C0衍生物,如K3C60等有机铁磁体如部分还原产物C60(TDAE)0.86各种材料