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富勒烯的（介紹，應(yīng)用）
Release Time：2021-06-08富勒烯的介紹
富勒烯是碳分子的一種形式，既不是石墨也不是金剛石。它們由數(shù)十個(gè)碳原子的球形、橢圓形或圓柱形排列組成。富勒烯以理查德·巴克明斯特·富勒 (Richard Buckminster Fuller) 的名字命名，他是一位以設(shè)計(jì)外觀類似于球形富勒烯的測(cè)地圓頂而聞名的建筑師。球形富勒烯看起來(lái)像一個(gè)足球，通常被稱為“巴基球”，而圓柱形富勒烯被稱為“巴基管”或“納米管”。富勒烯于 1985 年 9 月在萊斯大學(xué)的激光 光譜實(shí)驗(yàn)中意外地被發(fā)現(xiàn)。 1996 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予小羅伯特·F·柯?tīng)柦淌凇⒗聿榈?middot;E·斯莫利和哈羅德·W·克羅托爵士，以表彰他們的發(fā)現(xiàn). 富勒烯分子由 60、70 或更多碳原子組成，這與金剛石和石墨不同，后者是更常見(jiàn)的碳形式。
富勒烯僅以少量天然存在，但已經(jīng)提出了多種生產(chǎn)它們的技術(shù)。現(xiàn)代技術(shù)使用苯火焰來(lái)生產(chǎn)富勒烯。其他技術(shù)包括石墨棒的汽化和乙醇蒸氣的催化化學(xué)氣相沉積。富勒烯家族的碳分子具有一系列獨(dú)特的性質(zhì)。富勒烯納米管的抗拉強(qiáng)度大約是高強(qiáng)度鋼合金的 20 倍，密度是鋁的一半。 碳納米管顯示出超導(dǎo)特性，并且已經(jīng)合成了長(zhǎng)達(dá) 4 厘米的單個(gè)納米管。許多公司都在為商業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)納米管，包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、電線和材料科學(xué)。有一天，納米管可以用來(lái)制造傳統(tǒng)光刻技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的未來(lái)計(jì)算機(jī)。納米管一直是圍繞新興“納米技術(shù)”領(lǐng)域的熱門(mén)話題。該協(xié)會(huì)有時(shí)具有誤導(dǎo)性；當(dāng)物理學(xué)家Richard Feynman 最初提議構(gòu)建在分子水平上組裝產(chǎn)品的制造系統(tǒng)（“分子納米技術(shù)”）時(shí)，他談?wù)摰氖俏⑿汀⒏咝У臋C(jī)器系統(tǒng)，而不是使用宏觀尺度化學(xué)技術(shù)制造富勒烯等奇異納米材料. 完全由富勒烯建造的小型工廠符合分子納米技術(shù)的要求，但富勒烯本身則不然。這是一些喜歡使用“納米技術(shù)”一詞的學(xué)者、風(fēng)險(xiǎn)投資家和技術(shù)專家經(jīng)常忽視的關(guān)鍵區(qū)別。
富勒烯的應(yīng)用
1.太陽(yáng)能電池
基于聚合物的有機(jī)光伏電池可能是尋找一種經(jīng)濟(jì)且輕便的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換介質(zhì)的答案。這些太陽(yáng)能電池的工作原理是將電子從受光照射時(shí)會(huì)被激發(fā)的材料（稱為供體）轉(zhuǎn)移。這個(gè)處于激發(fā)態(tài)的電子被受體分子吸收，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到電極。富勒烯由于其高電子親和力和轉(zhuǎn)移這些電子的能力，是極好的受體。這些有機(jī)光伏電池是富勒烯和聚合物的復(fù)合物，稱為本體異質(zhì)結(jié)。苯基-C61-丁酸甲酯 (PCBM) 是有機(jī)太陽(yáng)能電池中常用的受體。它通常與聚合物聚噻吩 (P3HT) 一起用作電子供體。
2.防護(hù)眼鏡
富勒烯具有光學(xué)限制特性，這是指其降低入射光的透射率的能力。因此，這些分子可用作光學(xué)限制器，可用于防護(hù)眼鏡和傳感器。這種光學(xué)限制器將只允許低于特定閾值的光通過(guò)，并將傳輸?shù)墓獗３衷诤愣ㄋ剑h(yuǎn)低于可能對(duì)眼睛或傳感器造成損害的強(qiáng)度。
3.氫氣儲(chǔ)存
富勒烯獨(dú)一無(wú)二的分子結(jié)構(gòu)使它們能夠很容易地氫化和脫氫。富勒烯中的碳環(huán)與 C=C 雙鍵共軛。在氫化時(shí)，這些鍵很容易斷裂，產(chǎn)生 CC 單鍵和 CH 鍵。當(dāng)加熱這些富勒烯氫化物時(shí)，CH 鍵很容易斷裂，返回富勒烯。這是因?yàn)榕c CC 相比，CH 的結(jié)合強(qiáng)度較低。一個(gè)富勒烯分子最多可容納 36 個(gè)氫原子。隨著氫含量的增加，氫化富勒烯的顏色從黑色變?yōu)樽厣⒓t色、橙色，最后變?yōu)辄S色。這些分子有望提供比目前使用的更好、更安全、更高效的儲(chǔ)氫設(shè)備。
4.硬化劑
富勒烯可以成為開(kāi)發(fā)具有更高拉伸強(qiáng)度的相對(duì)輕質(zhì)金屬的未來(lái)，而不會(huì)嚴(yán)重影響金屬的延展性。這可歸因于碳的 sp2 雜化導(dǎo)致的小尺寸和高反應(yīng)性。這使得能夠通過(guò)富勒烯和金屬的相互作用來(lái)分散強(qiáng)化金屬基體。添加富勒烯后，已觀察到輕質(zhì) Ti-24.5AI-17N 合金的硬度增加了 30%。富勒烯在結(jié)構(gòu)上與鉆石非常相似。最近，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和 MER 公司已經(jīng)證明了富勒烯可以通過(guò)微小的原子重排轉(zhuǎn)化為鉆石。這些富勒烯可用作各種電子設(shè)備所需的金剛石薄膜的替代品。目前，正在研究富勒烯在傳感器中的潛在用途以及分子導(dǎo)體的開(kāi)發(fā)。或許，這些分子目前最大的實(shí)際應(yīng)用可能是在化妝品行業(yè)。由于合成這些分子的成本，它們?cè)谄渌袠I(yè)的使用可能會(huì)受到限制。然而，隨著對(duì)這些分子的積極研究，我們有望很快開(kāi)發(fā)出一種具有成本效益的合成分子的方法。
