文档介绍：新型碳纳米材料
n ——碳富勒烯
富勒烯中最早发现并具有代表性的是C60,它是由60个碳原子以五边形或六边形交替结合成球的形式形成的,其他比较稳定存在的碳纳米团簇形式还有C70、C82等。
碳富勒烯是1985年才开始被人们所认识,到现在,人们实验所观测到的碳富勒烯已有20多种。下图为几种典型的碳富勒烯原子结构,可以看出富勒烯为0维体系。
C60 具体到C60来说,它由20个六角形和12个五角形构成,每个五边形由5个六角形包围,五角形上的碳原子构成了C60富勒烯上突起的顶点,形成完整的碳富勒烯,,。富勒烯分子中的相邻碳原子之间以近似的杂化共价键的方式连接,整个分子中的碳原子又同时参与到共价π键的结合中。
球棍模型
比例模型
C60
C60碳富勒烯的表征
质谱检测技术最早被用来佐证C60存在的,同时也是最为经典和成熟的碳富勒烯表征方法之一。
吸收谱线技术采用电弧放电方法制备的黑色粉末的吸收光谱表明,C60以宏观量存在。进行光谱分析时,将纯净的样品置于透明的基底上,涂层可以是均匀的薄膜,也可以是烟雾状态(亚微观,C60颗粒的微晶),这取决于蒸发器中氦气的压力,颗粒的尺寸随压力增大而增大。
电子显微镜技术其测试方法的核心在于制出电镜适合的样品,首先在样品承载网铜网上黏附一层连续的很薄的支持膜,把待测的纳米粉末均匀地分散到支持膜上,再把纳米粉末制成分散性很好的悬浮液,滴在支持膜上,待静止干燥后即可供观察。
STM探针技术扫描隧道显微镜(STM)是利用了隧道效应电流对隧道距离的极端敏感性。可以把STM的工作过程总结为:利用探针针尖扫描样品,通过隧道电流的变化获取信息,经计算机处理得到图像。
除了这些,还有X射线衍射技术、拉曼光谱技术、核磁共振技术、红外光谱技术、紫外-可见吸收光谱技术。
碳富勒烯的结构
1、结构的欧拉定律
实验表明,原子集团中的原子数目不是随意的,,只有包含一定数目原子的团簇保持稳定,这一定数目的原子称为“幻数”。当团簇中的原子数目等于幻数是较为稳定。结构的表达式
x=12
x+y=(n/2)+2
其中,x是分子中五边形的个数,y是六边形的个数。所有的富勒烯碳原子团簇幻数分子都可用此方法计算出结构的上述参数,推知其几何形状。
碳富勒烯的结构
2、C60富勒烯晶体的结构
C60晶体为面心立方结构,。C60之间主要是范德华力结合,晶体不完整性明显。存在层错和因C60的非球对称而引起的取向无序。。
碳富勒烯的性质
物理性质包括一般性质、溶解性、波谱性质、磁性、光学性质、力学性质、摩擦特性、电极化特性、电子运输和导电特性等。
化学性质包括C60和金属的反应、自由基反应、亲核与亲电加成反应、富勒烯配位化学、氧化还原反应、热氧化稳定性等。
2015年,,成为全世界第二贵物质,仅次于暗物质
C60富勒烯晶体的制备
1、气相法基本原理是在较高温度下使C60升华,较低温度时会凝聚结晶。气相法生长单晶的关键是精确控制冷热区的温度、温度梯度及降温速率,并且事先需预加热(250℃∽300℃),抽真空数小时,以除去吸附在粉末样品中的溶剂及氮、氧等物质。
2、溶液法基本原理是先制得饱和溶液,然后挥发溶剂或降温而析出晶体。
C60富勒烯薄膜的制备
大体上分为两类:物理沉积法和化学沉积法
1、物理沉积法
溶剂挥发成膜:将少量的C60的苯溶液加到固体基质表面,让溶剂挥发形成C60膜。
真空沉积法:在高真空下,将C60加热升华,将其沉积到固化基质上形成C60膜。
LB复合膜法:将C60的二硫化碳溶液加到Lauda Model P膜天平的空气-水界面上,让CS2挥发形成LB膜。
2、化学沉积法
把C60自组装到基体表面有两种途径:一是先将具有特殊功能的基团修饰后再在基团表面自组装;二是先将基体表面用具有特殊功能的基团修饰后,再在溶液中于C60发生反应,从而形成C60衍生膜。
Product B
Product C
Product A
Product A
碳富勒烯及其衍生物的应用
1、在我们日常生活中的例如在化妆品中会出现,因为它有抗自由基、抗氧化、淡斑美白、抑制发炎四大作用。C60是一种很强的抗氧化物质,其抗氧化能力是维生素C的125倍,除了抗氧化之外,它还有清除自由基、活化皮肤细胞等作用。