富勒烯及其衍生物薄膜_欧阳新华

C60衍生物研究进展

C60衍生物研究进展及应用 摘要：富勒烯C60自发现以来，以其独特的类似足球的结构引起了人们的普遍关注，尤其是1990年Kratschemer等制备出常规量的富勒烯，极大的推动了对富勒烯的性质和用途的研究及相关领域的发展。富勒烯衍生物的合成以及其性质的研究也成为了富勒烯化学的热门课题。本论文对富勒烯及其衍生物的结构性质进行了详细的说明，介绍了生成富勒烯衍生物的一些重要反应，以及富勒烯衍生物在纳米材料、生物医学材料、光学材料、磁性材料等方面的应用。 关键词：富勒烯C60衍生物；研究；结构；性能；应用

1 前言 纳米科技[1, 2]是上世纪80年代开始逐步兴起的一门多学科交叉的综合性前沿科技，其研究领域涉及物理学、化学、材料学、生物学、电子学等。而纳米材料正是纳米科技的基础和先导，也是纳米科技领域富有活力、内涵丰富的学科分支。广义的讲，纳米材料是指材料的三维空间中，至少有一维处于1-100 nm尺寸范围内，或者是由它们作为成分的基本单元所构成的材料，包括纳米微粒(零维材料)，直径为纳米量级的纳米纤维、纳米线、纳米须、纳米带、纳米管、纳米棒(一维材料)，厚度为纳米量级的薄膜、多层膜和片(二维材料)，直径为纳米量级的花和球(三维材料)，以及基于上述低维材料所构成的致密或非致密固体。 自从1985年Kroto、Curl和Smalley等人[3]发现富勒烯以来，富勒烯以其独特的类似足球的结构引起了人们的普遍关注，尤其是1990年Kratschemer等制备出常规量的富勒烯，极大的推动了对富勒烯的性质和用途的研究及相关领域的发展。短短二十年来，几乎世界上所有著名大学和研究所都有科学家进行了与富勒烯有关的研究，这些研究几乎涉及物理学、化学以及材料科学的各个领域，同时对生物、医学、天文学以及地质学等也产生了巨大冲击，富勒烯及富勒烯族化合物的研究已经成为当前国际上异常活跃的研究领域之一。富勒烯(Fullerene)是一类新型球状分子，它是以碳原子组成的笼状分子，高度对称。其中代表性化合物且具有I h对称性的[60]富勒烯中，所有的碳原子的化学环境完全相同，其13C NMR谱在δ 142.68 ppm处只有一个单峰。其以特殊的结构和独特的光、电、磁性倍受关注。C60球状分子内外表面有60个π电子，组成三维π电子共轭体系，六元环间的(6/6键)边双键为反应的活性部位。C60的反应性类似于缺电子的烯烃，易于发生加成反应。目前合成的富勒烯衍生物种类繁多,而其中多加成衍生物的三维立体结构使其在生命科学以及材料科学等方面有着重要的应用价值,因此合成功能化的富勒烯多加成衍生物是富勒烯化学中最前沿的课题之一。由于纳米材料结构单元的尺度与物质的许多特征长度相当，如电子的德布罗意波长、超导相干长度、遂穿势垒厚度、铁磁性临界尺度等，使其具有许多特异效应[4]，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面和界面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应，从而导致纳米材料和纳米结构的物理化学性质既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体。与相同组成的常规材料相比，在光学、磁学、电学、力学以及热学等方面具有许多奇异的性能[5-6]，使其在微电子、光电材料、生物医学等领域具有广阔的应用前景[7-8]。在纳米结构材料中若引入C60衍生物有可能使其物理化

富勒烯的应用现状

富勒烯（C60）研究与应用现状

富勒烯（C60）研究与应用现状 大连工业大学 摘要：富勒烯发现至今只有短短20年时间,由于其独特的结构和物理、化学性质,吸引了众多科学家的目光,因此在这20 年中,使得C60化学得到了很大的发展.文章综述了富勒烯的几种合成方法，并阐述了目前常用的应用现状，最后对其未来的发展作了展望。 关键词富勒烯；合成方法；应用 引言 富勒烯的发现始于1985 年Kroto 等【1】在高真空环境下激光溅射石墨的研究。利用这种方法只能产生数以千计的富勒烯分子,根本无法进行富勒烯详细的性质表征研究, 当然更谈不上应用。1990 年,Krastchmer 等【2】发明了低压氦气环境下石墨电极电弧放电法合成富勒烯,能够得到克量级的C60 产物。由于富勒烯特殊的结构和性能,在材料、化学、超导与半导体物理、生物等学科和激光防护、催化剂、燃料、润滑剂、合成、化妆品、量子计算机等工程领域具有重要的研究价值和应用前景。1991 年富勒烯被美国《科学》杂志评为年度分子,富勒烯被列为21 世纪的新材料。此后,科学家经过不断的探索和研究,发明了更多生产富勒烯的方法,例如连续石墨电极放电法、激光配合高温石墨棒蒸发法【3】、引入铁磁性金属催化剂法【4、5】、高温等离子体石墨蒸发法【6、7】,苯高温火焰燃烧法【8-10】等。而且富勒烯在日常生活中的应用越来越广泛, 因而富勒烯产品在未来社会具有很好的发展前景。 2.富勒烯的合成方法 2.1水下放电法 水下放电法【11】将电弧室中的介质由惰性气体换为去离子水, 采用直流电弧放电, 以碳纯度为99%、直径6mm的碳棒做阳极, 直径为12mm的碳棒做阴极, 放入2. 5L 的去离子水中至其底部3mm的位置, 在电压为16 ～17V、电流为30A的条件下拉直流电弧, 产物可在水表面收集。 水下放电法不需要传统电弧法的抽气泵和高度密封的水冷真空室等系统, 免除了复杂昂贵的费用, 可进一步降低反应温度, 能耗更小, 并且产物在水表面收集而不是在整个有较多粉尘的反应室。与传统电弧法相比, 此法产率及质量均较高。此法可制备出球形洋葱富勒烯、像富勒烯似的碳纳米粒子、类似碳纳米管和富勒烯粉末。 总之, 电弧法是目前应用最广泛、有可能进一步扩大生产规模的制备方法, 其C60产率可达10% ～13% , 为其物理、化学的研究奠定了基础。电弧法制备碳纳米管产率约为30% ～70% , 在电弧放电的过程中能达到4 000K的高温, 这样的温度下碳纳米管最大程度地石墨化, 所以制备的管缺陷少, 比较能反映碳纳米管的真正性能。但由于电弧放电通常十分剧烈, 难以控制进程和产物, 合成的沉积物中存在有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质, 而且碳管和杂质融合在一起, 很难分离。 2.2CVD法 CVD是制备富勒烯的另一种典型方法。催化热分解反应过程一般是将有机气体(通常为C2 H2 )混以一定比例的氮气作为压制气体, 通入事先除去氧的石英管中, 在一定的温度下, 在催化剂表面裂解形成碳源, 碳源通过催化剂扩散,在催化剂后表面长出碳纳米管, 同时推着小的催化剂颗粒前移。直到催化剂颗粒全部

日本利用富勒烯衍生物实现高迁移率n型TFT

日本利用富勒烯衍生物实现高迁移率n型TFT(组图) 2004/11/15 【日经BP社报道】日本产业技术综合研究所（简称产综研）日前宣布，利用含有富勒烯（C60）衍生物的n型半导体材料开发出了有机TFT（薄膜晶体管），该材料的电子迁移率（μ）达0.067cm2/Vs。这一数值在利用有机材料的镀膜而形成的n型半导体膜中是最高的，与过去普遍作为制作有机TFT的材料而使用的p型半导体材料的值（镀膜时）几乎相同（图1）。据称是利用“自凝”特性，形成结晶薄膜后，通过提高其导电性而实现的。可以说又朝着利用镀膜方式实现同时采用n型和p型两种有机材料的CMOS有机晶体管迈进了一步。此项成果已经在2004年9月于仙台召开的第65届日本应用物理学会学术演讲会上发表过。 产综研此次使用的半导体材料为“C60MC12”。是通过使一种名为长链烃基（Long ChainAlkylGroups）的长丝状有机材料与由碳聚合成球状的富勒烯进行化合而生成的。也就是说，形成了像带丝线的气球一样的形状。先将这种材料溶入CS2溶液中，再利用旋涂法涂布于含有多晶硅层的SiO2底板上进行成膜。 利用X线衍射等方法对成膜后的C60MC12进行分析发现，各分子形成了如下结构：通过自凝特性，富勒烯部分规则地排列成了薄膜状，而2个薄膜则通过内侧的烃基结合到了一起（图2）。由此可以推测，由于富勒烯部分整齐排列成结晶状，而在分子间形成了类似金属的传导区，由此就实现了此次的高迁移率。 仅在这种涂布状态下μ就高达0.049cm2/Vs。而产综研为了进一步提高迁移率，对其做了热处理，由此达到了0.067cm2/Vs。具体来讲，就是将这种薄膜在100度的真空环境中放置12个小时。经过这种热处理，C60MC12的结晶特性得到了提高。（记者：野泽哲生） 图1：n型有机半导体的电子迁移率也已接近p型半导体

富勒烯及其衍生物的制备和生物医学效应

专业课程实践论文题目：富勒烯及其衍生物的制 备和生物医学效应任课教师：罗志勇 姓名：刘远见 学号：20096918 学院：化学化工学院 专业班级：2009级材料化学1班

富勒烯及其衍生物的制备和生物医学效 应 刘远见liuyuanjian [重庆大学化工学院2009级材料化学1班重庆中国 400044] [摘要]：富勒烯和其衍生物作为一种新型含碳纳米材料，由于其独特的结构和物理化学性质，在生物、医学、超导、光学及催化等多领域有着极为广阔的应用前景。在生物和医学领域，富勒烯及其衍生物具有抗氧化活性和细胞保护作用、抗菌活性、抗病毒作用、载带药物和肿瘤治疗等活性。在总结国内外相关研究基础上，论文重点综述了几种典型富勒烯及衍生物的制备和生物效应。 [关键字]：富勒烯；纳米材料；生物效应；细胞保护； [Abstract]:Due to their unique structure and physical and chemical properties，fullerene and its denvatives have a widerange of potential appacations in biomedical field．They have many advantages in cell protection and antioxidant properties，antibacterial activity，antiviral activity，drug delivery and anti-tumor activities．In this paper，biomedical effects of fullerenes have been highlighted，and the synthesis of fullerene its derivative have been reviewed as well． [Key words]:fullerene;Nano-materials;Biological effects;Cytoprotective 纳米科学、信息科学和生命科学并列成为2l世纪的三大支柱科学领域。纳米颗粒(nanoparticles，Nas)和超细颗粒物(ultrafine particles，UFPs)，一般是指尺寸至少有一维在l～100 nm间的粒子。纳米尺度是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，处于这个区域的材料具有一些独特性质，如小尺寸效应、表面、界面效应和量子尺寸效应等。空气中纳米颗粒虽然浓度很低，但具有很高的颗粒物数目。将宏观物体细分成纳米颗粒后，它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学性质和大体积固体相比将会显著不同。纳米材料的小尺寸、化学成分、表面结构、溶解性、外形和聚集情况决定着它们特殊的物理化学性质，这些性质使得纳米材料在将来有着广泛的用途。（1） Kroto等(1985)于1985年发现了巴基球，并提出了球型中空分子的模型，将之命名为富勒烯(C60)。Kratschrner等(1990)首先用石墨电弧放电法实现了富勒烯的宏量制备，此后在世界范围内掀起了研究富勒烯的热潮。涉及的学科包括物理、化学、生物、天文和材料科学等。一个分子能如此迅速地打开通向科学新领域的大门，这是非常罕见的。由于富勒烯分子的巨大科学意义，被美国‘科学’杂志评为1991年的“明星分子”。

富勒烯及其衍生物的发展及研究

富勒烯及其衍生物的发展及研究 ——文献综述 摘要：富勒烯是无机化学研究中十分重要的一个领域。近年来，对富勒烯的结构、衍生物、在各方面的应用等都有了新的突破，而本文则是以文献综述的形式，通过阅读文献对近五年来有关富勒烯及其衍生物的发展及研究进行总结描述。 关键词：富勒烯物理性质化学性质应用 前言：1985年，人类在相继发现了石墨、金刚石之后，Kroto等发现了富勒烯，即C60，更以其独特的物理、化学性质引起了科学界普遍的关注。Ｃ60是含有众多双键具有独特笼型结构的三维芳香化合物．它的６０个位于顶点上的碳原子组成了球形３２面体，其中有１２个面是五边形，２０个面是六边形［１］．这种结构类似于日常生活中所见到的足球，因此也被称作“足球烯”。这种特殊的结构使它具有特殊的超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀等优异的性质．在超导材料、光电导材料、化妆品、纳米粒子材料、生物医学等领域应用前景广阔。内嵌式富勒烯的研究更是近来有关富勒烯研究的热门课题。 1.富勒烯的性质 1.1物理性质 Ｃ60是非极性分子，外观呈深黄固体，随厚度不同颜色可呈棕色到黑色．密度为1.678ｇ／ｃｍ，不导电，但具有良好的非线性光学性质、光电导性，是很好的光电导材料，熔点＞553Ｋ，易升华，易溶于含有大∏键的芳香性溶剂中，磁流中性，但是其五元环有很强的顺磁性，而六元环具有较为缓和的介磁性；分子中的60个碳原子是完全等价的．由于球面的弯曲效应、五元环的存在，使得碳原子的杂化方式介于sp2和sp3杂化之间，从立体构型来看，Ｃ60具有点群对称性，分子价电子数高达240个。[2] 1.2化学性质 1.2.1亲核反应—与金属的反应 C60与金属的反应主要分为两类一种是金属被置于C60碳笼的内部; 另一种是金属位于C60碳笼的外部。 （1）C 60碳笼内配合物生成反应: C60碳笼为封 闭的中空的多面体结构, 其内腔直径为7. 1 A,内部可嵌入原子、离子 或小分子形成新的团簇分子 , C 60+ A C60 ( A)。其主要包含物种 类为金属、惰性气体及部分极性分子（如LiF），其中金属包含物研究 最为广泛。Sm alley等人现已发现如 K、Na、Ba、Sr、Ho、Th等碱金 属、碱土金属、绝大多数稀有金属均可与C60形成C60(A)。 （2）C60碳笼外键合反应: 能与 C60键合的金属有: V、Fe、Co、Ni、Rh、Cu、La、Yb、Ag 等[3]。 1.2.2加成反应 由于Ｃ60的不饱和性，C60可以与胺类、磷化物等发生加成反应，在格氏试剂作用下还可以与CH3I反应，生成烷基化物。

富勒烯C60衍生物的结构、性质、-----制备及其应用综述

富勒烯C60衍生物的结构、性质、-----制备及其应用综述

有机化学课程小论文 课题名称：富勒烯C60衍生物的结构、性质、制 备及其应用综述 学生姓名： 学号： 指导教师： 2011年1月13日

目录 摘要：.................................................................... I 关键词：................................................................ I Abstract: ....................................................... I I Key world:.................................................... I I 1.前言 (1) 1.1概述 (1) 1.2选题的意义 (1) 2.富勒烯C60衍生物的结构、性质、制备及其应用 (2) 2.1富勒烯C60衍生物的结构 (2) 2.1.1金属富勒烯的结构 (2) 2.1.2 C60吲哚衍生物的结构 (3) 2.1.3 C60杂环衍生物的结构 (3) 2.1.4 C60含氮衍生物的结构 (4) 2.1.5 C60-TTF衍生物结构 (4) 2.2富勒烯C60衍生物的性质 (4) 2.2.1 金属富勒烯的性质 (4) 2.2.2 C60吲哚衍生物的性质 (5) 2.2.3 C60杂环衍生物的性质 (5) 2.2.4 C60含氮衍生物的性质 (5) 2.2.5 C60-TTF衍生物的性质 (5)

富勒烯C60衍生物的结构、性质、-----制备及其应用综述

有机化学课程小论文 课题名称：富勒烯C60衍生物的结构、性质、制备及 其应用综述 学生： 学号： 指导教师： 2011年1月13日

目录 摘要： ...................................................................... I 关键词： .................................................................... I Abstract: .............................................................. II Key world: ............................................................. II 1.前言 . (1) 1.1概述 (1) 1.2选题的意义 (1) 2.富勒烯C60衍生物的结构、性质、制备及其应用 (2) 2.1富勒烯C60衍生物的结构 (2) 2.1.1金属富勒烯的结构 (2) 2.1.2 C60吲哚衍生物的结构 (3) 2.1.3 C60杂环衍生物的结构 (3) 2.1.4 C60含氮衍生物的结构 (4) 2.1.5 C60-TTF衍生物结构 (4) 2.2富勒烯C60衍生物的性质 (4) 2.2.1 金属富勒烯的性质 (4) 2.2.2 C60吲哚衍生物的性质 (5) 2.2.3 C60杂环衍生物的性质 (5) 2.2.4 C60含氮衍生物的性质 (5) 2.2.5 C60-TTF衍生物的性质 (5) 2.3富勒烯C60衍生物的制备 (5) 2.3.1 C60吲哚衍生物的制备 (5) 2.3.2 C60杂环衍生物的制备 (6) 2.3.3 C60含氮衍生物的制备 (8) 2.3.4 多受阻酚富勒烯衍生物的合成 (8) 2.3.5 布基球烯衍生物C60Br24和LaC60的高效制备 (8) 2.3.6亚甲基[6,6]-Fullerene[C60]单羧酸衍生物的合成 (9) 2.4富勒烯C60衍生物的表征、分离、自组装 (9) 2.4.1 C60衍生物的表征 (9) 2.4.2 C60衍生物的分离 (10) 2.4.3 C60衍生物的自主装 (10) 2.5富勒烯C60衍生物的应用 (11) 2.5.1 C60衍生物在生物领域的应用 (11) 2.5.2 C60衍生物在光、电、磁方面的开发应用 (11) 2.5.3 C60高分子衍生物在摩擦学方面的应用 (12) 2.5.4 新型C60衍生物/Ag复合纳米材料 (12) 2.5.5C60衍生物在其它方面的应用 (12) 3.结语与展望 (13) [参考文献] (14)