富勒烯介绍
作为国家新材料产业“十二五”重点产品中前沿新材料的一员，富勒烯究竟是什么？
富勒烯发现
01
长期以来，人们已知碳的同素异形体有：金刚石、石墨。1985年发现了巴基球，是又一种碳的同素异形体，1991年、1992年又相继发现了巴基管（碳纳米管）和巴基葱，其分子式为Cn。这类碳化合物被称为碳笼原子簇或富勒烯又称巴基球、球烯、足球碳等）。
富勒烯的发展历程
02
语言假设
1971年，大泽映二提出C60分子的设1973年，D.A.Boch-var等人，提出C60结构假设。
实验发现
1985年，克罗托、斯莫利等人发现了C60。1996年，克罗托、斯莫利、柯尔获诺贝尔化学奖。
克级合成
1990年，克利斯莫，电弧法合成C60，C60首次被大量合成，奠定后续应用基础。
中国量化生产
2012年，“碳谷科技”，“大德科技” 实现宏量制备工业化生产。
富勒烯的结构与形态
富勒烯基础结构
富勒烯分子
富勒烯（Fullerene）是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素的五元环和六元环组成，一球状或椭圆状结构存在的物资，都可以被叫做富勒烯，稳定存在的富勒烯必须满足独立五元环规则。
足球烯
最常见的富勒烯为C60，分子量为720.它是由60个碳原子通过20个六元环和12个五元环链接而成的具有30个碳碳双键的足球状空心对称分子，所以富勒烯也被称为足球烯。
纳米王子
由于富勒烯完美的对称结构，在纳米尺度范围内特殊的稳定性，以及奇异的电子结构，使其称为在许多高新科技技术领域应用潜力巨大、不可替代的材料，被业界称为“纳米王子”。
小富勒烯
富勒烯包含C20... ... C60,C70,......C90... ...。其中C20...C60为小富勒烯、C70...C90为高富勒烯。
富勒烯的结构与形态
纳米效应
小尺寸效应
01纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子百分数迅速增加。
表面效应
01当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，声、光、电磁、热力学等物性均会发生变化 。
量子尺寸效应
01当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级而使能隙变宽现象均称为量子尺寸效应 。
宏观量子
隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应微颗粒的一些宏观量（磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷等）具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，称为宏观的量子隧道效应。
富勒烯的结构与形态
富勒烯微观世界
富勒烯的结构与形态
富勒烯的大小
富勒烯的结构与形态
富勒烯的性质——物理性质
富勒烯在脂肪烃中的溶解性随溶剂分子的碳原子数增大而增大，但一般溶解性较小。在苯和甲苯中有良好的溶解性，目前用于溶解C60最常用的溶剂为甲苯。
面心立方的固态C60是能隙为1.5eV的半导体。经过适当的金属掺杂后。表现出良好的超导性。
研究发现。C60和C70的甲苯溶液能过投射相对低光强的光，且处于激发状态的C60分子相较于基态具有更好的吸光性。
富勒烯的结构与形态
富勒烯的性质——化学性质
富勒烯能够产生氧化、还原、聚合、光敏化、亲和加成、亲电加成的化学反应；；能分别与金属和自由基反应。
具有芳香性，一般稠环芳香烃的反应，如还原反应生成氢化物。
易于亲和试剂，如NH3及金属反应，表现出缺电子化合物的反应。
C60的中空形结构使得它能在内外表面都进行化学反应，从而得到各种功能化得C60衍生物。
富勒烯的功能
04自由基捕捉
化妆品；磁体；消毒剂；纺织物；牙膏；香烟过滤，橄榄油等添加剂。
光吸收
滤光片；荧光显示；量子点；光限幅。
超半导体
超导体；场发射；纳米器件。
完美结构
润滑剂；复合材料；超硬材料；量子特性。
DNA亲和
DNA剪截；基因运载；分子药物。
电子受体
二次电池；太阳能电池；武器级激光；催化剂。
高效吸附
TNT检测；沙林检测；生物检测。
内嵌分子
医药（治疗疱疹。乳头状瘤病毒、HIV-1,2、癌症，生发药物）；纳米器件；造影剂。
富勒烯的用途
05
富勒烯的制备方法
06
