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1、新材料皇后新材料皇后 C60C60的发现的发现在C60被发现之前,人们只知道以单质形式存在的碳的同素异形体有：金刚石、石墨和无定形碳。 1960年以来，就有人猜测过中空形碳素分子存在的可能性。1980年英国Sussex大学的微波光谱学家Kroto教授通过研究星际云团和红巨炭星气团光谱中所见长链聚乙炔信号的契机,巧合地通过美国Rice大学的Curl与该校的Smalley共同合作,利用Smalley所创制的激光气化超声束流仪进行了相应的探索性研究,1985年, Kroto等以联合装置中的质谱仪进行分析,首次发现了质谱中存在着一批相应于偶数碳原子的分子的峰,导致了C60的发现。C60的结构与命名 C
2、60的结构研究表明的结构研究表明,C60是一个直径为是一个直径为1nm,由由12个五元环和个五元环和20个六元环个六元环组成的球形组成的球形32面体。面体。 C60的形状如足球的集束的形状如足球的集束碳原子结构，就像美国碳原子结构，就像美国未来派建筑学家未来派建筑学家Buckminser Fuller那充那充满灵性穹顶设计的绝妙满灵性穹顶设计的绝妙翻版，于是翻版，于是C60的到了巴的到了巴氏球的美称，又称足球氏球的美称，又称足球烯烯.同时同时C60这类球状碳这类球状碳单质分子也被称作为富单质分子也被称作为富勒烯。勒烯。C60的制备的制备电弧放电气化法电弧放电气化法(简称电弧法简称电弧法) 激光
3、蒸发激光蒸发石墨法石墨法 苯火焰燃烧法苯火焰燃烧法高频加热蒸发高频加热蒸发石墨法石墨法 萘高温分解法萘高温分解法 随着随着C60研究的不断深入研究的不断深入,至今大约有十几种制备至今大约有十几种制备C60的方法的方法,主要有下列几种主要有下列几种 C60的性质 1. C60的物理性质的物理性质: 由于由于C60晶体结构上的特点晶体结构上的特点,使它呈现使它呈现出许多特殊的物理性质出许多特殊的物理性质.C60是一种黑是一种黑色粉末色粉末.密度为密度为1.6500.05g/cm3,熔点熔点大于大于700.它具有偶数个碳原子它具有偶数个碳原子,对称对称性好性好,结构稳定结构稳定,易溶于易溶于CS2、
4、苯、甲、苯、甲苯及烷烃等非极性有机溶剂中苯及烷烃等非极性有机溶剂中;在脂肪在脂肪烃中烃中,C60的溶解度随溶剂碳原子数的的溶解度随溶剂碳原子数的增加而增大增加而增大. C60的应用由于C60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Kratschmer和Huffman等人制备出克量级的C60，使C60的应用研究更加全面、活跃。 碳纳米管碳纳米管碳纳米管的构成，与石墨和碳纳米管的构成，与石墨和C60C60分子分子的构成都有相近之处。碳纳米管的的构成都有相近之处。碳纳米管的壁，可以包含多层碳原子层，也可壁，可以包含多层碳
5、原子层，也可包含一层碳原子层，这时人们分别包含一层碳原子层，这时人们分别称它们为多层碳纳米管或单层碳纳称它们为多层碳纳米管或单层碳纳米管。碳纳米管的直径为几个纳米米管。碳纳米管的直径为几个纳米到几十个纳米。也就是说，起码要到几十个纳米。也就是说，起码要1010多万根纳米管多万根纳米管“捆在一起捆在一起”，才，才相当于人类一根头发的粗细。相当于人类一根头发的粗细。碳纳米管具有中空的结构，可以作碳纳米管具有中空的结构，可以作为为“储存储存”氢气的容器。被其储存氢气的容器。被其储存起来的氢气密度，甚至比液体或固起来的氢气密度，甚至比液体或固态氢气的密度还高。适当加热，这态氢气的密度还高。适当加热，这
6、些氢气可以慢慢地被释放出来。这些氢气可以慢慢地被释放出来。这样一种储存密度高，自身比重轻的样一种储存密度高，自身比重轻的储存装置正是当前人们梦寐以求的储存装置正是当前人们梦寐以求的材料。材料。 碳纳米管的结构碳纳米管的结构 碳纳米管的另一个神碳纳米管的另一个神奇性质，是它的抗拉奇性质，是它的抗拉强度和韧性在目前所强度和韧性在目前所有的材料中是最高的。有的材料中是最高的。如果把它添加到普通如果把它添加到普通的金属和塑料中，用的金属和塑料中，用这种复合材料织成线，这种复合材料织成线，做成运动防护品，比做成运动防护品，比如足球运动员的护腿，如足球运动员的护腿，那绿茵场上就不会伤那绿茵场上就不会伤情不
7、断了。情不断了。Yeah! 不怕不怕受伤了受伤了导电性导电性 年科学家首次观察到年科学家首次观察到C60C60材料的超导性，材料的超导性，并发现掺杂一些钾金属等物质能够使其超导临并发现掺杂一些钾金属等物质能够使其超导临界温度有所提高。但是目前碳界温度有所提高。但是目前碳6060的超导临界温的超导临界温度还比较低度还比较低, , 要提高它还有待进一步的研究要提高它还有待进一步的研究. .碳纤维碳纤维 碳纤维是一种纤维碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜热钢还耐
8、高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的电学、热学和力学性能的新型材料。的新型材料。碳碳纤纤维维的的应应用用生物活性材料 水溶性水溶性C60C60羧衍生物在可见光照羧衍生物在可见光照射下具有抑制毒性细胞生长和射下具有抑制毒性细胞生长和使使DNADNA开裂的性能，为开裂的性能，为C60C60衍生衍生物应用于光动力疗法开辟了广物应用于光动力疗法开辟了广阔的前景。阔的前景。C60C60多肽衍生物可能在人类单多肽衍生物可能在人类单核白血球趋药性和抑制核白血球趋药性和抑制HIV-1 HIV-1 蛋白酶两方面具有潜在的应用蛋白酶两方面具有潜在的应用. .水溶性水溶
9、性C60C60脂质体对癌细胞具脂质体对癌细胞具有很强的杀伤效应。有很强的杀伤效应。利用利用C60C60分子的抗辐射性能，将分子的抗辐射性能，将放射性元素置于碳笼内注射到放射性元素置于碳笼内注射到癌变部位能提高放射治疗的效癌变部位能提高放射治疗的效力并减少副作用。力并减少副作用。水溶性水溶性C60C60脂质体脂质体 其它应用其它应用 C60的衍生物C60F 60俗称“特氟隆”可做为“分子滚珠”和“分子润滑剂”在高技术发展中起重要作用。将锂原子嵌人碳笼内有望制成高效能锂电池。碳笼内嵌人稀土元素铕可望成为新型稀土发光材料。水溶性钆的C60衍生物有望做为新型核磁造影剂高压下C60可转变为金刚石，开辟了金刚石的新来源。 C60及其衍生物可能成为新型催化剂和新型纳米级的分子导体线、分子吸管和晶须增强复合材料。C60与环糊精、环芳烃形成的水溶性主客体复合物将在超分子化学、仿生化学领域发挥重要作用。
