富勒烯的應用現(xiàn)狀

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1、富勒烯（C60）研究與應用現(xiàn)狀富勒烯（C60）研究與應用現(xiàn)狀大連工業(yè)大學摘要：富勒烯發(fā)現(xiàn)至今只冇短短20年時間，由于共獨特的結構和物理、化學性質(zhì)，吸引了眾多科學家的目光,因此在這20年中，使得C60化學得到了很大的發(fā)展.文章綜述了富勒烯的幾種合成方法，并闡述了目前常用的應用現(xiàn)狀，最后對其未來的發(fā)展作了展望。關鍵詞富勒烯；合成方法；應用引言富勒烯的發(fā)現(xiàn)始于1985年Kroto等⑴在高真空環(huán)境下激光濺射石墨的研究。利用這種方法只能產(chǎn)生數(shù)以千計的富勒烯分子，根木無法進行富勒烯詳細的性質(zhì)表征研究，當然更談不上應用。1990年,Krast

2、chmer等⑵發(fā)明了低壓氨氣環(huán)境下石墨電極電弧放電法合成富勒烯，能夠得到克量級的C60產(chǎn)物?由于富勒烯特殊的結構和性能，在材料、化學、超導與半導體物理、生物等學科和激光防護、催化劑、燃料、潤滑劑、合成、化妝品、量了計算機等工程領域具有重要的研究價值和應用前景。1991年富勒烯被美國《科學》雜志評為年度分子，富勒烯被列為21世紀的新材料。此后，科學家經(jīng)過不斷的探索和研究,發(fā)明了更多生產(chǎn)富勒烯的方法，例如連續(xù)石墨屯極放電法、激光配合高溫石墨棒蒸發(fā)法⑷、引入鐵磁性金屬催化劑法、高溫等離子體石墨蒸發(fā)法如71,苯高溫火焰燃燒法等。而且富勒

3、烯在日常生活中的應用越來越廣泛，因而富勒烯產(chǎn)品在未來社會具有很好的發(fā)展前景。2.富勒烯的合成方法2.1水下放電法水下放電法""將電弧室屮的介質(zhì)由惰性氣體換為去離子水，采用直流電弧放電，以碳純度為99%、直徑6iwn的碳棒做陽極，直徑為12mm的碳棒做陰極，放入2.5L的去離子水中至其底部3mm的位置，在電壓為16?17V、電流為30A的條件下拉直流電弧，產(chǎn)物可在水表面收集。水下放電法不需要傳統(tǒng)電弧法的抽氣泵和高度密封的水冷真空室等系統(tǒng)，免除了復雜昂貴的費用，可進一步降低反應溫度，能耗更小，并且產(chǎn)物在水表面收集而不是在整個有較多粉

4、塵的反應室。與傳統(tǒng)電弧法相比，此法產(chǎn)率及質(zhì)量均較高。此法可制備出球形洋蔥富勒烯、像富勒烯似的碳納米粒子、類似碳納米管和富勒烯粉末。總之，電弧法是目前應用最廣泛、有可能進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模的制備方法，其C60產(chǎn)率可達10%?13%,為其物理、化學的研究奠定了基礎。電弧法制備碳納米管產(chǎn)率約為30%-70%,在電弧放電的過程中能達到4000K的高溫，這樣的溫度下碳納米管最大程度地石墨化，所以制備的管缺陷少，比較能反映碳納米管的真正性能。但由于電弧放電通常十分劇烈，難以控制進程和產(chǎn)物，合成的沉積物中存在有碳納米顆粒、無定形炭或石墨碎片等雜

5、質(zhì)，而口碳管和雜質(zhì)融合在一起，很難分離。2.2CVD法CVD是制備富勒烯的另一種典型方法。催化熱分解反應過程一般是將有機氣體（通常為C2H2）混以一定比例的氮氣作為壓制氣體，通入事先除去氧的石英管屮，在一定的溫度下，在催化劑表面裂解形成碳源，碳源通過催化劑擴散，在催化劑后表面長出碳納米管，同時推著小的催化劑顆粒前移。直到催化劑顆粒全部被石墨層包覆，碳納米管生長結束。制備過程中催化劑的選擇，反應溫度，時間，氣流量等都會影響碳納米管的質(zhì)量、產(chǎn)率，尤其是碳納米管的宜徑很大程度上依賴于催化劑顆粒的宜徑3⑶,因此通過催化劑種類與粒度的選擇

6、及工藝條件的控制，可獲得純度較高、尺寸分布較均勻的碳納米管。IvanovV等用此方法長出了長達50um的碳納米管，且通過對Fe、Co、Ni、Cu的催化能力比較，得岀納米級微粒Co催化生成的納米碳管石墨化程度較好。文獻說明實驗理想?yún)?shù)：溫度為650°C?700°C,氣體流量C2H2二10mL/min、N2=600mL/min,反應時間60min~70min,產(chǎn)率高達90%以上。此方法主要用于制備碳納米管。它和電弧法比較，有反應過程易于控制，設備簡單，原料成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)率高等優(yōu)點。用此方法制備出來的碳納米管有多種形貌（直的

7、、彎的、螺旋狀的）和結構，且可以控制得到直徑尺寸均勻甚至取向一致的碳納米管，這就為其形成機制、性能及應用等方面的研究提供了條件。但是，由于反應溫度低，制得的碳納米管層數(shù)多，石墨化程度較差，存在較多的結晶缺陷，有時管壁有無定形炭，這些對碳納米管的力學性能及物理化學性能會有不良的影響。2.3燃燒法制備富勒烯苯燃燒法是1991美國麻省理工學院Howard等人發(fā)明的,該法是將苯蒸氣和氧氣混合后，在燃燒室低壓環(huán)境（約5132kPa）下不完全燃燒，所得的炭灰中含有較高比例的富勒烯，經(jīng)分離精制后可以得到純富勒烯產(chǎn)物。因為無需消耗電力且連續(xù)進料

8、容易等優(yōu)點，苯燃燒法的工業(yè)化生產(chǎn)具有較明顯的成本優(yōu)勢，已成為國際上工業(yè)化生產(chǎn)富勒烯的主流方法。燃燒法形成富勒烯一個很重要的過程是在高溫下有五元環(huán)和六元環(huán)結構的存在，當五元環(huán)和六元結合時就會發(fā)牛卷曲，從而形成籠狀結構。主要有芳繪分步反應機理、“拉鏈”機理、凝聚相機