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雨山诗画

amen1523的博客

 
 
 

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转帖:全球唯一的富勒烯球粒聚合体陨石 续一  

2016-02-05 20:38:42|  分类: 不可思议 |  标签: |举报 |字号 订阅

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预言发现
1985年,英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士(Sir Harold Walter Kroto,1939年10月7日~)和美国科学家理查德·埃里特·史沫莱(Sir Richard Errett Smalley,1943年6月6日~)他们用大功率激光束轰击石墨使其气化,用1MPa压强的氦气产生超声波,使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀,并迅速冷却形成新的碳原子,从而得到了C60。C60的组成及结构已经被质谱,X射线分析等实验证明。此外,还有C70等许多类似C60分子也已被相继发现。 为此,克罗托博士获得1996年度诺贝尔化学奖。

电、光、磁
C60本身的对称性决定了C60自身有非线性光学性质。作为一种新的化合物,研究其电、磁、光等应用是非常重要的,实际上C60就是因为掺杂碱金属在一定条件下具有超导电性,其电荷转移复合物有铁磁性而引起人们极大兴趣和关注。1991年北京大学化学系和物理系在国内首次获得了K3C60和Rb3C60超导体,超导转变温度为18K和28K,其超导相达75%,达到了当时国际先进水平。1993年他们成功制备了K3C60外延超导膜,其Tc=21K,Jc=5×10A / cm。1994年后有关C60超导研究,国内外都处于更深入的艰难阶段。C60的磁学研究实际上从其超导性开始的。C60家族分子是三维π电子离域的化合物,有良好的非线性光学效应。北京大学测定了C60、C70的非线性光学系数,并利用飞秒技术研究了C60的光克尔效应,证实了C60的非线性效应起源于的π电子,并研究了C60电荷转移复合物的非线性性质。在研究C60甲苯溶液的光限制效应时,他们首先发现了反饱和吸收过程的饱和现象,并给出了理论解释。中科院化学研究所在对C60进行化学修饰后进行PVK掺杂,发现了一全新的光导体体系,此体系暗导小,放电迅速,且完全具有重要的潜在应用价值。另外,他们还发现了一类新的光限幅材料,此材料在线性透过率高达80%的条件下,其限幅幅值为300mJ/cm,具有潜在实用价值。物理性质的应用润滑剂和研磨剂C60具有特殊的圆球形状,是所有分子中最圆的分子;另外,C60的结构使其具有特殊的稳定性。在分子水平上,单个C60分子是异常坚硬的,这使得C60可能成为高级润滑剂的核心材料。C60分子一出世,就有人提议用它来作“分子滚珠”,制成润滑剂。将C60完全氟化得到的C60F60是一种超级耐高温材料,这种白色粉末状物质是比C60更好的优良润滑剂,可广泛应用于高技术领域。另外,C60分子的特殊形状和极强的抵抗外界压力的能力使其有希望转化成为一类新的超高硬度的研磨材料。一种有希望的方法是将C60直接转化为金刚石,这可通过在室温下加高压来实现。1992年初,法国格雷诺布尔(Grenoble)低温研究中心的雷古埃罗等人在英国《自然》杂志上报道,通过在室温下对C60分子施以压强达200亿帕的快速非静压,可将其瞬间转化为大量人工钻石晶体。雷古埃罗等已为这种由C60快速有效生产金刚石的方法申请了专利,这使得C60可作为一种研磨材料而具有潜在应用价值,人们可以采用爆炸或其他冲击波的方法对富勒烯施加高压,生产出符合工业标准的低成本金刚石。CVD金刚石膜富勒烯的另一潜在的应用是它们可作为金刚石薄膜生长的均匀成核位置而起重要作用。富勒烯材料的独特性质之一是它们在较低温度下升华,对于C60,其升华点大约是600℃,这使得富勒烯在不规则形状表面上的气体沉积覆盖相对来说很容易实现。另外,由于富勒烯易溶于像苯和甲苯这样的极性有机分子溶剂,因而可以在室温下将复杂表面直接浸于制备好的溶液中,待溶剂挥发后就留下一层富勒烯分子薄膜。1992年,美国西北大学的一个研究小组声称他们发现了一种用富勒烯结晶出金刚石薄膜的简单方法。他们使用包含C70分子的富勒烯,先在硅表面形成富勒烯薄层,然后用带电粒子轰击它,导致有利于金刚石形成的分子结构,使用化学气相沉积(CVD)方法,通过天然气与氢气的混合气体,形成许多微小的金刚石。科学家预测,对这种方法加以改进也许能够生长出电子应用中所需要的类似大块单晶的金刚石薄膜,这将使得生长金刚石单晶的梦想成为现实。据说在多晶体生长中,C70的应用使得在硅表面衬底上金刚石的生成提高了10个量级。金刚石薄膜在军事方面具有许多应用价值,如作为装甲车表面的抗冲击覆盖层,用于制成光学(X射线,粒子束)窗口,半导体晶片,高硬度表面齿轮,金刚石-纤维合成材料,以及高温和防辐射电子器件等。高强度碳纤维1991年日本电气公司的饭岛发现了一种管状碳——巴基管,巴基管具有独特的几何结构和奇妙的导电性质,同时具有高抗张强度和高度热稳定性。巴基管的这种特殊的电学和机械性能使其具有巨大的应用价值。高性能纤维对于要求很高的强度-重量比的结构设计产生了革命性的影响,尤其是在需要耐高温,或者在能控制材料的电磁性能的应用领域。目前的石墨纤维已具有很高的强度、很强的柔韧性以及耐高温性能。巴基管材料具有高度的热稳定性和易变性,而且比目前的碳素纤维具有更大的抗张强度,加之其导电性能可由其结构加以调节,因而巴基管是一种比石墨纤维性能更优越的碳纤维,甚至还可能发展出强度更高、更轻巧的结构,这样使得巴基管可能在电子器件和航空、航天等空间技术领域具有巨大的应用价值。1993年,日本电气公司基础研究室的艾贾安和饭岛在细微的巴基管中填入了铅,从而制成了迄今世界上最细的丝,这种丝只有两三个原子那么粗,具有纳米尺度。有人推测这种巴基细丝可能在电子器件制造上得到应用。理论计算表明,巴基管可吸附大小适合其内径的任意分子。科学家希望通过改变石墨层片卷曲成管的方式等方法调节巴基管的直径,使其有选择性地吸收分子,从而改变其电子及机械性能。科学家正试图制成单晶巴基管,并用巴基管造出分子水平的微型零件用于医学或其它目的。富勒烯作为一种潜在的新碳素材料已得到普遍重视,其应用领域也将不断开拓。

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