数据概貌:10, 000, 000 分子 ; 100, 000 晶体; 200, 000 谱




富勒烯凭什么能卖到10亿1克?
时间:2016-08-14 17:04:00   来源:新材料在线   浏览:
2015年12月,牛津大学碳材料设计公司(DesignerCarbon Materials)以2.2万英镑的价格卖出了第一批“内嵌富勒烯”材料,总重量为200微克(相当于一片雪花重量的十五分之一,或者一根头发的三分之一)。该内嵌富勒烯材料是内嵌一个氮原子的C60材料N@C60,该材料以仅次于暗物质的第二贵材料(约1亿英镑/克),一时间引起了学术界和材料界乃至金融界的广泛的强烈关注。

 

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这种内嵌富勒烯可以让原子钟缩小成一块手机芯片的尺寸而制造出小型便携原子钟,因此这项科技将会在各领域得到广泛应用,最显著的就是对无人驾驶车辆的控制,可以使GPS导航系统精确到1毫米。“也许有一天,每部手机都会用上富勒烯。” 

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最早发现的富勒烯是由60个碳原子以20个六元环与12个五元环连接而成,具有30个双键(C=C)的足球状空心对称分子,所以,富勒烯也称为“足球烯”。 

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,因此富勒烯在许多高新技术领域应用潜力巨大,其在纳米界享有“纳米王子”的美誉,是未来二十年最具影响力的新材料之一。

富勒烯家族不仅C60一个成员,还有C28、C32、C70、C78、C82、C84、C90、C96等,其中C60和C70是最常见。

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富勒烯由于其特殊的结构和性质,作为一类新兴碳纳米功能材料,在许多应用领域均有广泛的应用前景,如:

◆ 生物制药:诊断试剂、超级治疗药物、化妆品、核磁共振用显影液

◆ 能源领域:太阳能电池、燃料电池、二次电池。

◆ 工业领域:耐磨材料、阻燃材料、润滑剂、聚合物添加剂、高性能薄膜、催化剂、人工钻石、超硬合金、电子粘性流体、印油、高性能涂料、防火涂料等。

◆ 信息产业:半导体纪录媒介、磁性材料、印刷油墨、特殊用途纸张。

◆ 电子部件:超导材料、二极管、晶体管、诱导体。

◆ 光学材料:电子照相、荧光显示管、非线性光学材料。

◆ 环境领域:气体吸附、气体储存。

 

富勒烯结构中最为特殊的性质是其碳笼内部为空腔结构,因此可以在其内部空腔内嵌某些特殊物种(原子、离子或原子簇),由此而形成的富勒烯被称为内嵌富勒烯,即是将一些原子嵌入富勒烯碳笼而形成的一类新型内嵌富勒烯,如氢、钆、钪、氮等,大部分是在电弧法制造富勒烯的过程中形成的,也可以通过化学方法将富勒烯打开孔后装入一些原子或分子。

由于其制备条件的极端苛刻、制备工艺的复杂以及很低的收率,因此内嵌富勒烯是一类极为稀有的新型材料,但其独特的性质却可以使其在一些尖端应用领域获得出色的表现。牛津大学碳材料设计公司的N@C60就属于内嵌富勒烯。

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金属富勒烯是将金属原子嵌入富勒烯碳笼而形成的一类内嵌富勒烯,同一碳笼内可以嵌入各种形态的金属原子,如单金属原子、同核或异核双金属团簇等。由于金属富勒烯同时具有金属和富勒烯的特性,使得它们在电子、能源、生物医学等方面有着广阔的应用前景。

 

金属内嵌富勒烯Gd@C82

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Gd@C82示意图

 

将金属原子嵌入富勒烯碳笼而形成的一类新型内嵌富勒烯,同时具有金属和富勒烯的特性,在电子、能源、生物医学等方面有着广阔的应用前景。

内嵌Gd金属离子的Gd@C82作为磁共振造影剂其最高效率可达目前临床使用造影剂Gd-DTPA的70倍;中科院化学所研发出的基于Gd@C82纳米颗粒的“分子手术刀”肿瘤治疗技术可以针对肝癌、肺癌、乳腺癌等多种实体瘤进行快速、高效、低毒的治疗,疗效显著,被认为是最优可能实现精准的肿瘤靶向治疗而不损伤正常组织的新一代广谱肿瘤治疗技术。

 

富勒烯C60

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C60示意图

富勒烯家族的典型代表C60分子,结构类似足球,其发现者获得了1996年度诺贝尔化学奖。富勒烯由于其优异的自由基捕捉、光吸收、超导半导体、完美结构、DNA亲和、电子受体、高效吸附、内嵌分子等特性,已被广泛应用到日用化妆品、医药中间体、保健品、橡胶/薄膜材料改性剂、高新能源、复合材料添加剂等诸多领域。

 

C60(OH)x·nH2O 

 

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富勒醇示意图

 

富勒醇,富勒烯的羟基化衍生物,通过化学方法在富勒烯的碳上引入羟基而得到。目的是为了提高富勒烯的水溶性以获得富勒烯在水溶液环境下的应用,通常当羟基数目达到20个以上时才具有较好的水溶性。水溶性富勒醇可以广泛的应用于生物体系,它可以通过清除生物体内自由基保护神经系统,具有潜在治疗神经退行性疾病,如帕金森病和阿尔茨海默症的功能,还可用于高端化妆品领域。

 

C60-Vc-PVP

水溶性富勒烯-维生素c-聚乙烯吡咯烷酮三元复合物,通过将C60、Vc、PVP粉末处理得到水溶性富勒烯/维生素复合物,为兼具抗氧化活性、抗菌性以及抗癌特性的多功能水溶性复合物体系,这种复合物在化妆品、生物医学等领域有望拥有广泛的应用前景。
 

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