超導體
富勒烯先進工業
富勒烯的發現到現在已經有30多年,人們對富勒烯的應用研究取得了不少進展。富勒烯獨特的分子結構和特殊的物理化學性質,對化學、物理、材料科學、生物醫學等學科產生了深遠的影響。富勒烯在先進工業領域中,尤其是潤滑材料、催化劑、超導體、非線性光學、分子磁體、儲氫材料等領域顯示出誘人的前景。
富勒烯C60分子具有特殊的球形結構和較高的化學穩定性,其抗壓能力強,表面能低,分子內的作用力強,分子間作用力相對較弱,具有穩定的自潤滑特性和分子滾珠效應。因此富勒烯C60可稱為一類新型固體潤滑材料或液體潤滑體系添加劑,在摩擦領域具有廣闊的應用前景。
富勒烯以其獨特的分子結構、特殊的電子性質、限域效應以及對金屬催化劑的分散性能等特點,使其在催化領域具有十分誘人的應用前景。富勒烯能夠催化單線態氧的化學反應、固氮反應、金剛石合成反應、推進劑燃燒反應等。目前,以富勒烯為基礎的催化劑顯示出了較好的工業應用前景,并已經成為富勒烯的主要研究方向之一。
作為20世紀最偉大的科學發現之一,超導體具有零電阻和完全抗磁性等一系列神奇的物理特性,在科學研究、信息通訊、工業加工、能源存儲、交通運輸、生物醫學乃至航空航天等領域均有重大的應用前景。富勒烯C60分子本身不具有超導性,但當堿金屬嵌入C60分子之間的空隙后,C60與堿金屬形成的富勒烯鹽將轉變為超導體,具有很高的超導臨界溫度,是目前已知的具有最高超導臨界溫度的分子超導體。C60系列超導體具有完美的三維超導性、電流密度大、穩定性高、易于展成線材等優點,是一類極具價值的新型超導材料。
富勒烯具有三維離域π電子共軛體系和高度對稱的結構,使得它具有優良的非線性光學(NLO)性能,包括反飽和吸收(RSA)的光限值性以及大的三階非線性光學系數。富勒烯是良好的非線性光學材料,可以用于制備高速電子或光開關。富勒烯分子還具有光限幅效應,可以用于制造光限制器,保護光學傳感器免受強光脈沖的損害,并在光計算、光記憶、光信號處理及控制等方面有良好的應用前景。
富勒烯及其衍生物具有較大的電子親和勢,能夠與電子給體或金屬形成電荷轉移復合物或富勒烯鹽,同時富勒烯具有催化作用。因此富勒烯及其衍生物在分子磁體、儲氫材料、燃料電池等領域也有廣泛的應用前景。但是,目前對于富勒烯及其衍生物的磁性來源,儲氫機理以及電催化劑機理研究不夠深入,有待進一步揭開其理論基礎,也進一步推動工業應用進展。隨著富勒烯基礎研究的不斷深入和發展成熟,富勒烯工業應用基礎研究也不斷的繼續深入,從而帶動富勒烯的實際工業應用。