“內(nèi)嵌富勒烯”材料為什么這么貴,？

中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員,、科技部納米重大科學(xué)研究計(jì)劃首席科學(xué)家王春儒告訴科技日?qǐng)?bào)記者,，內(nèi)嵌有氮原子的內(nèi)嵌富勒烯生產(chǎn)難、分離難,、保存難,，所以才特別昂貴。這種分子生產(chǎn)難度非常大,，一般是在室溫下用氮離子轟擊C60的方法制得的,，大多數(shù)氮離子或者擊不破C60碳籠,，或者把碳籠打碎，只有極少數(shù)能量合適,，轟擊角度正好的氮原子才能夠擊破碳籠,，剛好耗盡氮離子能量，而后碳籠又自己修復(fù)好,，才能得到氮內(nèi)嵌富勒烯,；而把這生產(chǎn)出來的不到萬分之一的氮內(nèi)嵌富勒烯從其他C60中分離出來并純化，也是一個(gè)極其艱巨的任務(wù),。后,，內(nèi)嵌有氮原子的富勒烯不太穩(wěn)定，保存起來也非常困難,。

富勒烯概述

早發(fā)現(xiàn)的富勒烯是由60個(gè)碳原子以20個(gè)六元環(huán)與12個(gè)五元環(huán)連接而成,，具有30個(gè)雙鍵（C=C）的足球狀空心對(duì)稱分子，所以,，富勒烯也稱為“足球烯”,。 

由于富勒烯的對(duì)稱結(jié)構(gòu)、在納米尺度范圍內(nèi)特殊的穩(wěn)定性,，以及奇異的電子結(jié)構(gòu),，因此富勒烯在許多高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，其在納米界享有“納米王子”的美譽(yù),，是未來二十年具影響力的新材料之一,。

富勒烯是在石墨、鉆石之后被發(fā)現(xiàn)的單質(zhì)碳的第三種同素異形體,?！耙粋€(gè)單個(gè)的氮原子非常容易活潑，如果沒有富勒烯C60這個(gè)碳籠對(duì)他進(jìn)行保護(hù),，瞬間就會(huì)與其他物質(zhì)反應(yīng),，所以是一個(gè)極其不穩(wěn)定的自由基?！蓖醮喝逭f,，“將氮原子放進(jìn)富勒烯碳籠里面之后，如果沒有外界的打擾,，它就會(huì)長期保持穩(wěn)定,；而如果一旦受到光、熱等因素的影響,，它就會(huì)從籠子里跑掉,所以保存氮內(nèi)嵌富勒烯必須避光和低溫,。”

富勒烯家族不僅C₆₀一個(gè)成員，還有C₂₈,、C₃₂,、C₇₀,、C₇₈、C₈₂,、C₈₄,、C₉₀、C₉₆等,，其中C₆₀和C₇₀是常見,。

富勒烯性質(zhì)

富勒烯結(jié)構(gòu)中為特殊的性質(zhì)是其碳籠內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，因此可以在其內(nèi)部空腔內(nèi)嵌某些特殊物種(原子,、離子或原子簇),，由此而形成的富勒烯被稱為內(nèi)嵌富勒烯，即是將一些原子嵌入富勒烯碳籠而形成的一類新型內(nèi)嵌富勒烯,，如氫,、釓、鈧,、氮等,，大部分是在電弧法制造富勒烯的過程中形成的，也可以通過化學(xué)方法將富勒烯打開孔后裝入一些原子或分子,。

富勒烯制備

由于其制備條件的苛刻,、制備工藝的復(fù)雜以及很低的收率，因此內(nèi)嵌富勒烯是一類極為稀有的新型材料,，但其獨(dú)特的性質(zhì)卻可以使其在一些應(yīng)用領(lǐng)域獲得出色的表現(xiàn),。牛津大學(xué)碳材料設(shè)計(jì)公司的N@C₆₀就屬于內(nèi)嵌富勒烯。

金屬富勒烯是將金屬原子嵌入富勒烯碳籠而形成的一類內(nèi)嵌富勒烯,，同一碳籠內(nèi)可以嵌入各種形態(tài)的金屬原子,，如單金屬原子、同核或異核雙金屬團(tuán)等,。由于金屬富勒烯同時(shí)具有金屬和富勒烯的特性,，使得它們?cè)陔娮印⒛茉?、生物醫(yī)學(xué)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景,。

富勒烯的應(yīng)用

富勒烯由于其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，作為一類新興碳納米功能材料,，在許多應(yīng)用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景,，如：

◆ 生物制藥：診斷試劑、治療藥物,、化妝品,、核磁共振用顯影液,。

◆ 能源領(lǐng)域：太陽能電池,、燃料電池,、二次電池。

◆ 工業(yè)領(lǐng)域：耐磨材料,、阻燃材料,、潤滑劑、聚合物添加劑,、高性能薄膜,、催化劑、人工鉆石,、超硬合金,、電子粘性流體、印油,、高性能涂料,、防火涂料等。

◆ 信息產(chǎn)業(yè)：半導(dǎo)體紀(jì)錄媒介,、磁性材料,、印刷、特殊用途紙張,。

◆ 電子部件：超導(dǎo)材料,、二極管、晶體管,、誘導(dǎo)體,。

◆ 光學(xué)材料：電子照相、熒光顯示管,、非線性光學(xué)材料,。

◆ 環(huán)境領(lǐng)域：氣體吸附、氣體儲(chǔ)存,。

這種內(nèi)嵌富勒烯可以讓原子鐘縮小成一塊手機(jī)芯片的尺寸而制造出小型便攜原子鐘,，因此這項(xiàng)科技將會(huì)在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，顯著的就是對(duì)無人駕駛車輛的控制,，可以使GPS導(dǎo)航系統(tǒng)精確到1毫米,。“也許有一天,，每部手機(jī)都會(huì)用上富勒烯,。”