富勒烯

富勒烯,也叫巴克敏斯特富勒烯,任何的一系列空心碳分子形成一个封闭的笼子里(“布基球”)或一个油缸(碳纳米管)。第一个富勒烯是在1985年发现的哈罗德爵士w . Kroto因为(本文作者之一)的联合王国理查德·e·斯莫利和罗伯特·f·卷发,Jr .)的,美国。用激光蒸发石墨棒在氦气的氛围,这些化学家及其助手获得60个碳原子组成的笼形分子(C₆₀由单键和双键)连接在一起形成一个空洞球有12个五角和20六角面临设计就像一个足球或足球。1996年,三人被授予诺贝尔奖他们的开拓性的努力。C₆₀分子被任命为巴克敏斯特富勒烯(或者更简单,巴基球)在美国建筑师r·巴克明斯特·富勒,他的测地线圆顶建立在相同的结构原则。巴克球的细长的表亲,碳纳米管,饭岛爱Sumio被确认在1991年的日本。

富勒烯,尤其是高度对称C₆₀球体,有一个美丽和优雅,激发了科学家和非科学家的想象力,桥审美之间的差距,体系结构,数学、工程、和视觉艺术。他们的发现之前,只有两个定义同素异形体碳是已知的钻石(三维晶体阵列的碳原子)组成的石墨(叠片组成的二维六角形阵列的碳原子)。富勒烯的构成第三种形式,引人注目,它们的存在逃避发现直到20世纪。他们的发现导致了一个全新的理解薄板材料的行为,它打开了一个全新的纳米科学和章纳米技术——“新化学”复杂系统的展示先进材料的原子尺度的行为。纳米管特别是小说表现出广泛的机电特性。他们是热和电的优良导体,他们拥有惊人的抗拉强度。这些属性持有的承诺令人兴奋的应用程序电子产品、结构材料和医学。然而,实际应用时才会意识到准确的结构控制已经达到了合成这些新材料。

巴克敏斯特富勒烯

1985 - 90 Kroto因为,期间与同事苏塞克斯大学的合作,布赖顿,英格兰,使用实验室微波光谱技术分析的光谱碳链。这些测量后导致检测、射电天文、链状分子的5到11个碳原子组成的星际气体云和大气中富含碳的红色巨星年代,在访问莱斯大学,休斯顿,德克萨斯州,1984年,卷、微波和红外的权威光谱学,建议Kroto因为看到一个巧妙的laser-supersonic集群梁装置由斯莫利。设备可能会蒸发成任何材料等离子体的原子,然后被用来研究结果集群(聚集几十几十的原子)。访问期间,Kroto因为意识到这项技术可以用来模拟碳恒星的大气中化学条件提供引人注目的证明他的猜想,连锁店起源于星星。在当今著名的11天的系列实验于1985年9月由Kroto因为莱斯大学,斯莫利,和旋度及其学生的同事詹姆斯·希思元Liu和肖恩·奥布莱恩斯莫利的装置是用来模拟化学在大气中把蒸发的巨星激光到石墨。这项研究不仅证实碳链生产但还显示,意外地是,迄今未知的碳物种包含60原子自发形成相对丰度高。试图解释的显著稳定C₆₀集群领导的科学家的结论是,集群必须一个球状封闭的笼子的形式截断icosahedron-a多边形顶点60和32的面孔,12五角大楼和20个六边形。他们选择了富有想象力的名字巴克敏斯特富勒烯的集群designer-inventor荣誉的测地线圆顶年代的思想影响了它们的结构推测。

从1985年到1990年,一系列的研究表明,C₆₀C,也_70年,确实是非常稳定和提供了令人信服的证据的笼形结构的建议。此外,证据是获得其它规模较小的亚稳态存在的物种,如C₂₈C₃₆C₅₀,提供了实验证据“endohedral”情结,一个原子被困在笼子里。实验表明,一个的大小封装周围原子的大小确定最小可能的笼子里。1990年,美国物理学家唐纳德·r·霍夫曼和沃尔夫冈Kratschmer德国宣布了一项简单的技术生产宏观量的富勒烯,使用一个电弧两个氦大气蒸发碳石墨棒。由此产生的冷凝蒸气,当溶解在有机溶剂时,产生晶体C₆₀。富勒烯现在可行的数量,这些物种的研究扩展到一个了不起的学位,和富勒烯化学领域的诞生了。

C₆₀分子经历了一系列新颖的化学反应。它容易接受和捐赠电子年代,行为表明可能的应用程序电池和先进的电子设备。原子分子容易补充道氢和卤素元素年代。卤素原子可以取代了其他组织,如苯的环状烃(公式C₆H₅这是来自苯),从而打开有用的路线范围广泛的新型富勒烯衍生物。这些衍生品展示先进材料的行为。特别重要的是水晶化合物C₆₀与碱金属年代和碱土金属年代;这些化合物是唯一的分子系统展示超导在相对较高的温度下以上19 K。超导在19岁到40 K范围观察,相当于254−−233°C或425−−387°F。

在富勒烯化学特别有趣的所谓endohedral物种,一个金属原子(考虑到通用的指定米)是身体困在富勒烯笼。由此产生的化合物(分配公式(电子邮件保护)₆₀)已被广泛研究。碱金属和碱土金属以及早期lanthanoids可能被蒸发石墨与选定的磁盘或棒浸渍金属。氦(他)也可以被加热C₆₀在氦蒸汽压力。分钟的样品(电子邮件保护)₆₀以不同寻常的同位素率被发现在一些地质遗迹,还发现在样品陨石年代可能产生信息的起源的尸体被发现。