C60 - 99.9％

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富勒烯介紹

    富勒烯（Fullerene) 是一種碳的同素異形體。任何由碳一種元素組成，以球狀，橢圓狀，或管狀結構存在的物質，都可以被叫做富勒烯。富勒烯與石墨結構類似，但石墨的結構中只有六元環，而富勒烯中可能存在五元環。1985年Robert Curl等人制備出了C₆₀。1989年，德國科學家Huffman和Kraetschmer的實驗證實了C₆₀的籠型結構，從此物理學家所發現的富勒烯被科學界推向一個嶄新的研究階段。富勒烯的結構和建筑師Fuller的代表作相似，所以稱為富勒烯。

　　C₆₀分子作為富勒烯家族的突出代表，由60個碳原子以20個六元環和12個五元環連接而成的球形32面體，非常接近足球的結構，其獨特的結構和奇異性質備受各國科學家的關注。迄今為止，C₆₀的研究已涉及到能源、激光、超導體與鐵磁體、生命科學、材料科學、高分子科學、催化等眾多學科和應用研究領域，并越來越顯示出巨大的潛力和重要的研究價值及應用價值。

富勒烯及其應用

    富勒烯由于其優異的自由基捕捉、光吸收、超導半導體、**結構、DNA親和、電子受體、高效吸附、內嵌分子等特性(或功能)，已經被廣泛應用到日用化妝品、醫藥中間體、保健品、橡膠/薄膜材料改性劑、高新能源、復合材料添加劑等諸多領域。

富勒烯（fullerene）是繼石墨、金剛石之后發現的碳的第三種同素異形體，是具有籠狀結構碳原子團簇的統稱。1985年，美英等三位科學家Kroto、Curl、Smally等人發現了C60富勒烯并確定了它的分子結構，此項發現獲得了1996年諾貝爾化學獎。C60分子作為富勒烯家族的突出代表，由60個碳原子以20個六元環和12個五元環連接而成的球形32面體，非常接近足球的結構。獨特的分子結構和物理化學性質使富勒烯在光電、力學、超導、生物醫藥、催化等多個領域都顯示出極為誘人的應用前景，富勒烯已經成為一類備受關注的新型碳納米材料。

1 物理性質（物理參數.pdf）
1.1 顏色與性狀
 　　C60在室溫下為紫紅色固態分子晶體，有微弱熒光。

1.2 分子大小
　　C60分子的直徑約為7.1埃。

1.3 密度
　　C60的密度為1.68g/cm³。

1.4 溶解性
　　C60不溶于水等強極性溶劑，在正己烷、苯、二硫化碳、四氯化碳等非極性溶劑中有一定的溶解性。具體溶解度（鏈接表）

1.5 導電性
　　C60常態下不導電。因為C60大得可以將其他原子放進它內部，并影響其物理性質，因而不可導電。

1.6 超導性
　　1991年，赫巴德(Hebard）等首先提出摻鉀C60具有超導性，超導起始溫度為18K，打破了有機超導體（Et)2Cu[N(CN)2]Cl超導起始溫度為12.8K的紀錄。不久又制備出Rb3C60的超導體，超導起始溫度為29k。摻雜C60的超導體已進入高溫超導體的行列。研究顯示，這類材料是以晶格里的電洞來傳導電流（類似p型半導體），若加入其它分子（例如三溴甲烷）來拉長晶格間距，還可以有效地提升其超導相變溫度至117K。

1.7  磁性
　　阿勒曼(Allemand）等人在C60的甲苯溶液中加入過量的強供電子有機物四（二甲氨基）乙烯（TDAE），得到了C60(TDAE)C0.86的黑色微晶沉淀，經磁性研究后表明是一種不含金屬的軟鐵磁性材料。居里溫度為16.1K，高于迄今報道的其它有機分子鐵磁體的居里溫度。

2 化學性質

2.1 周環反應　　
　　富勒烯的[6,6]鍵可以與雙烯體或雙烯親和體反應，如D-A反應。[2+2]環加成可以形成四元環，如苯炔。1,3偶極環加成反應可以生成五元環，被稱作Prato反應。富勒烯與卡賓反應形成亞甲基富勒烯。

2.2 加氫還原　　
　　富勒烯氫化有幾個容易的方法。氫化富勒烯如C60H18,C60H36。然而，完全氫化的C60H60僅僅是假設存在因為分子張力過大。高度氫化富勒烯不穩定，富勒烯與氫氣直接反應在高溫條件下的直接反應會導致籠結構崩潰，而形成的多環芳烴。

2.3 羥基化反應　
　 富勒烯可以通過羥基化反應得到富勒多醇（fullerenols）和富勒醇。其水溶性取決于其（富勒醇）分子中羥基數的多少。一種方法是富勒烯與稀硫酸和硝酸鉀反應可生成C60(OH)15。另一種方法是在稀氫氧化鈉溶液的催化下反應由TBAH增加24 到26個羥基。羥基化反應也有過用無溶劑氫氧化鈉與過氧化氫和富勒烯反應的報道。用過氧化氫與富勒烯的反應合成C60(OH)8，羥基的**數量，可以達到36至40個。

2.4 氧化還原反應
　 在光照的條件下將C60與O2反應生成環氧化物C60O2，但這種環氧化物不穩定，用礬土分離時能還原成C60。

2.5 加成反應
　　C60可以與氫或鹵素單質進行加成。把其完全氫化便得絨毛（Fuzzyball），化學式為C60H60（加成進的氫原子有可能C60在籠內也可能在C60外部）。烷基自由基R可與C60反應生成RC60加和物，RC60可生成C60直接鍵和啞鈴狀二聚體RC60-C60R。

2.6 親電加成
　富勒烯也可以發生親電反應。可以在富勒烯球外加成24個溴原子。*多親電加成紀錄保持者是C60F48。根據氟硅烷的結構（在硅元素中）還難以預測C60F60是否可能有一些氟原子在"endo"位置（指富勒烯內部），這種化合物是比起球型更類似于一個管狀的富勒烯分子。

2.7 配位反應　　
　　富勒烯在有機金屬化學中作為配體。[6,6]雙鍵是缺電子的，通常與金屬成鍵的η= 2（配位化學中的常數）。鍵合模式如η= 5或η=6可以因作為配體的球狀富勒烯改變而改變。富勒烯和硫羰基鎢W(CO)6在環己烷溶液中，陽光直接照射下反應生成的（η2-C60)5 W(CO)6。

2.8 內嵌反應
 　　指通過化學手段選擇性地切斷富勒烯骨架上的碳碳鍵來制備開孔富勒烯的反應。開孔后就可能把一些小分子裝到碳球中，如氫分子、氦、鋰等。**個開孔富勒烯是在1995由Wudl等報道的。

2.9  反加成
  　　反加成反應即Retro-Additions(RA）。研究表明，通過RA消去，取代基實現了他們的目的后便與富勒烯主體分離。

2.10 與金屬的反應
　　C60與金屬的反應分為兩種情況：一種是金屬被置于C60碳籠的內部；另一種是金屬位于C60碳籠的外部:1)C60碳籠內配合物生成反應。C60碳籠為封閉的中空的多面體結構，其內腔直徑為7.1埃，內部可嵌入原子、離子或小分子形成新的團簇分子，C60 + AC60(A）。Smalley等人現已發現能與C60生成C60(A)的金屬有：K、Na、Cs、La、Ba、Sr、U、Y、Ce、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Th等。除金屬外，He、Ne等惰性氣體及LiF、LiCl、NaCl等極性分子亦可移置C60籠中。2)C60碳籠外鍵合反應。Ohno等人發現能與C60鍵合的金屬有：V、Fe、Co、Ni、Rh、Cu、La、Yb、Ag等。

工業應用

1 作為抗氧化劑應用于生物制藥和化妝品中
　　2005年，日本VC60 **款產品"Radical Sponge?上市，這是世界上首款含富勒烯抗氧化成分化妝品。緊接著，第二款產品"LipoFullerene?2009年上市。**代產品上市后的5年里，基于富勒烯的化妝品超過1000項。關于富勒烯具體作用（PDF）,更多信息請參考：
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2 潤滑油——微型小滾珠 
　　BARDAHL 公司技術人員經過努力，開發出了一種含有C60衍生物的潤滑油BARDAHL C60 。使用時，富勒烯分子可作為微型球軸承分布在引擎表面，形成保護層，可以充分發揮引擎的潛力，減少金屬表面之間的磨損和腐蝕。更多信息請參考：

3 超硬碳素膜
　 超硬碳膜僅由碳組成，可由C60形成。相對于DLC膜，該膜具有以下優良性能：
◆ 超高的硬度(Hv5000kg/mm²) 
　 僅次于鉆石，是DLC膜的2-3倍 
◆ 熱穩定性高（500℃，無氧的氛圍）
　 該溫度的熱穩定性能是DLC膜的兩倍。在空氣中，則為400℃ 
◆ 形態穩定性 
　 形態較穩定。因為膜很薄(< 0.5 micron)，處理溫度比較低(<100 oC)
　 更多信息請參考：;

應用開發

1. 應用于工程設施和個人防護用品中的新型材料的研發 
1) 用富勒烯修飾的聚合物制作特殊用途編織材料 (帆布、 繩索、 超堅牢的織帶等）
2) 用富勒烯改性石墨作為抗輻射材料 
3) 浸漬聚合物形成高強度凝聚物 
4) 用富勒烯或碳納米管修飾的的光纖石墨作為航海增強材料 
5) 用于特殊的機械器具超硬材料(比鉆石更硬）

2. 應用于改善機動車輛和其它機械的操作性能的產品研發 
1) 潤滑油添加劑，潤滑脂：大幅度減小摩擦器件間摩擦 
2) 防擦傷化合物：用于重型機械中小的零部件 
3) 復合材料：用于改善車輛高速剎車的和飛機大量散熱，提高其耐磨性率 
4) 改善材料磨損：用于干摩擦情況下 
5) 改性的木材和橡膠復合材料：用于輪轂和類似的軸承 
6) 潤滑和冷卻技術液體：提高加工工具的運行壽命

3. 應用于電氣工程中復合新材料的研發 
1) 高電流滑動觸點復合材料：延長使用壽命 ，例如在硬盤表面涂層 
2) 電極的熱改性材料：用于電池中 
3) 富勒烯插層，作為超導結構的組件

4. 在光學和無線電-電子中復合新材料的研發 
1) 激光防護材料
2) 隱形材料 
3) 衛星監測設備材料：捕獲高分辨率的動態全息圖

5. 用于特殊用途材料和微電子方面 
1) 衍射信號分離材料：應用于光纖網絡中 
2) 高度**的金剛石薄膜 
3) 先進微傳感器材料 
4) 薄膜保護涂層：高耐磨性 
5) 亞微米級無機抗蝕劑 
6) 電光調制器，包括基于"光"的原理的多通道電光調制器的和調制器

6. 醫學新技術的發展 
1) 運載材料： 內包劇毒物質 
2) 高效吸附劑：應用于醫院防護醫療系統