富勒烯作為一種具有多項(xiàng)優(yōu)異性能的新型納米碳材料，人們對(duì)它的未來有無限憧憬。雖然受高成本和制備技術(shù)所限，目前其應(yīng)用仍處在起步階段，但可以預(yù)期的巨大市場(chǎng)容量仍促使各國(guó)對(duì)富勒烯的制備和應(yīng)用研發(fā)投入巨資，力圖處于領(lǐng)先地位，為今后占領(lǐng)市場(chǎng)做好準(zhǔn)備。發(fā)達(dá)國(guó)家無不將其納入國(guó)家研發(fā)戰(zhàn)略，我國(guó)也將燃燒法批量制備富勒烯項(xiàng)目列入國(guó)家“863”計(jì)劃，而且首套試驗(yàn)裝置今年已在中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院建成點(diǎn)火。
神奇的納米碳材料
富勒烯是繼金剛石和石墨之后，近年來發(fā)現(xiàn)的碳的第三類同素異形體。Co是最常見的富勒烯分子，在發(fā)現(xiàn)C。之后，已相繼發(fā)現(xiàn)了眾多富勒烯分子，其中有碳原子數(shù)高于60的富勒烯分子，以及碳原子數(shù)多于100的大分子富勒烯，另外也發(fā)現(xiàn)了碳原子數(shù)低于60的小分子富勒烯，現(xiàn)已形成較為完整、頗為壯觀的富勒烯家族。
根據(jù)美國(guó)一家咨詢公司的調(diào)查，雖然全球富勒烯的市場(chǎng)價(jià)值2006年僅為9200萬美元，但今后會(huì)以年均70%的速度增長(zhǎng)，2011年將達(dá)13億美元，到2016年有可能超過47億美元。為此，發(fā)達(dá)國(guó)家的政府正在投入大量資金，支持和鼓勵(lì)富勒烯的制備和應(yīng)用研發(fā)工作。
廣闊的應(yīng)用前景
富勒烯作為一種新型納米碳材料，在超導(dǎo)、磁性、光學(xué)、催化材料及生物等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，有極為廣闊的應(yīng)用前景。在功能高分子材料領(lǐng)域，已有研究成果表明，將C√C70的混和物滲入發(fā)光高分子材料聚乙烯咔唑中，得到的新型高分子光電導(dǎo)體在靜電復(fù)印、靜電成像以及光探測(cè)等技術(shù)中可廣泛應(yīng)用。此外，在炭黑中添加少量含有一定量的富勒烯煙炱，可以降低膠料的滾動(dòng)阻力。
催化劑是化工生產(chǎn)的重要原料，將富勒烯與鉑、鋨結(jié)合成配位化合物，有可能成為高效的催化劑。目前科研人員正在對(duì)此進(jìn)行研究，并發(fā)現(xiàn)這種配位化合物在硅氫加成反應(yīng)中具有很高的催化活性。
在生物及醫(yī)用材料領(lǐng)域，富勒烯經(jīng)光激發(fā)后有很高的單線態(tài)氧的產(chǎn)率，可應(yīng)用于光化治療技術(shù)，用以控制甚至殺死癌細(xì)胞；富勒烯的衍生物可防治艾滋病。此外，將富勒烯作為固體火箭推進(jìn)劑的添加劑，其衍生物可以顯著提高炸 藥的性能。富勒烯’還可作為潤(rùn)滑油添加劑，添加少量富勒烯的潤(rùn)滑油，能顯著提高潤(rùn)滑性能。
超導(dǎo)材料和光學(xué)材料也是富勒烯的重要應(yīng)用領(lǐng)域。內(nèi)嵌堿金屬的富勒烯超導(dǎo)體是一類極具價(jià)值的新型超導(dǎo)材料。富勒烯還具有良好的光學(xué)及非線性光學(xué)性能，可用于生產(chǎn)保護(hù)人眼免受強(qiáng)光損傷的光限制產(chǎn)品，并在光計(jì)算、光記憶、光信號(hào)處理及控制等方面有良好應(yīng)用前景。
積極開發(fā)工業(yè)化技術(shù)
富勒烯的應(yīng)用前景廣闊，但目前其實(shí)際應(yīng)用仍處在起步階段，還沒有真正成為商品進(jìn)入市場(chǎng)，主要原因是目前還不能進(jìn)行大量低成本的生產(chǎn)，價(jià)格昂貴直接影響到富勒烯的應(yīng)用和進(jìn)一步開發(fā)。目前國(guó)際上對(duì)富勒烯的研發(fā)主要集中在開發(fā)使用低價(jià)原料、連續(xù)、大量。(特別是工業(yè)化規(guī)模)生產(chǎn)富勒烯的技術(shù)和裝置。
目前已知有多種方法可以制備富勒烯。例如，在一定壓力和氦或氬的條件下，用電阻加熱高純碳使之蒸發(fā)成為氣態(tài)的電阻加熱法；利用高純石墨電極進(jìn)行直流或交流電弧放電，使之蒸發(fā)的電弧法；在氬氣中用激光照射旋轉(zhuǎn)的高純石墨盤，使碳蒸發(fā)的激光照射法；以及嚴(yán)格控制苯等碳?xì)浠衔锖脱鯕猓怪煌耆紵娜紵?亦稱火焰合成法)等。直流電弧法是目前采用較多的方法，其技術(shù)較簡(jiǎn)單，但只能間歇生產(chǎn)，產(chǎn)能有限，而且消耗大量電能和高價(jià)的高純石墨材料，富勒烯的制備成本較高，價(jià)格比黃金還昂貴；燃燒法可用比較廉價(jià)的含碳材料大量生產(chǎn)富勒烯，但其工藝和設(shè)備比較復(fù)雜，技術(shù)難度大，目前只有日本和美國(guó)能夠生產(chǎn)。我國(guó)誕生燃燒法試驗(yàn)裝置
在我國(guó)，一些科研機(jī)構(gòu)和高校在富勒烯制備和應(yīng)用研究方面已取得可喜成果，其中一部分具有世界領(lǐng)先水平，但是在燃燒法制備富勒烯方面，僅進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)室的探索性試驗(yàn)。
為了實(shí)現(xiàn)富勒烯的產(chǎn)業(yè)化，在富勒烯制備和金屬富勒烯研究方面領(lǐng)先的中科院化學(xué)所，在富勒烯衍生物和內(nèi)嵌富勒烯研究方面已經(jīng)取得成果的西南科技大學(xué)，與碳材料研究和工程能力較強(qiáng)的中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院三家共同組成了產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合體，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，向科技部申報(bào)了燃燒法批量制備富勒烯項(xiàng)目，該項(xiàng)目已被納入2007年國(guó)家“863”計(jì)劃課題。
其中，炭黑院承擔(dān)了燃燒法制備富勒烯的技術(shù)開發(fā)和試驗(yàn)裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)和建設(shè)任務(wù)。經(jīng)過近一年的努力，科研人員克服各種困難，解決了多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，已在炭黑院生產(chǎn)基地建成國(guó)內(nèi)首套燃燒法制備試驗(yàn)裝置，并于2008年1月17日在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)舉行了點(diǎn)火儀式。該試驗(yàn)裝置的投運(yùn)，將為燃燒法制備富勒烯的自主創(chuàng)新開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并為實(shí)現(xiàn)富勒烯在我國(guó)的大批量生產(chǎn)和應(yīng)用創(chuàng)造條件。
神奇的納米碳材料
富勒烯是繼金剛石和石墨之后，近年來發(fā)現(xiàn)的碳的第三類同素異形體。Co是最常見的富勒烯分子，在發(fā)現(xiàn)C。之后，已相繼發(fā)現(xiàn)了眾多富勒烯分子，其中有碳原子數(shù)高于60的富勒烯分子，以及碳原子數(shù)多于100的大分子富勒烯，另外也發(fā)現(xiàn)了碳原子數(shù)低于60的小分子富勒烯，現(xiàn)已形成較為完整、頗為壯觀的富勒烯家族。
根據(jù)美國(guó)一家咨詢公司的調(diào)查，雖然全球富勒烯的市場(chǎng)價(jià)值2006年僅為9200萬美元，但今后會(huì)以年均70%的速度增長(zhǎng)，2011年將達(dá)13億美元，到2016年有可能超過47億美元。為此，發(fā)達(dá)國(guó)家的政府正在投入大量資金，支持和鼓勵(lì)富勒烯的制備和應(yīng)用研發(fā)工作。
廣闊的應(yīng)用前景
富勒烯作為一種新型納米碳材料，在超導(dǎo)、磁性、光學(xué)、催化材料及生物等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，有極為廣闊的應(yīng)用前景。在功能高分子材料領(lǐng)域，已有研究成果表明，將C√C70的混和物滲入發(fā)光高分子材料聚乙烯咔唑中，得到的新型高分子光電導(dǎo)體在靜電復(fù)印、靜電成像以及光探測(cè)等技術(shù)中可廣泛應(yīng)用。此外，在炭黑中添加少量含有一定量的富勒烯煙炱，可以降低膠料的滾動(dòng)阻力。
催化劑是化工生產(chǎn)的重要原料，將富勒烯與鉑、鋨結(jié)合成配位化合物，有可能成為高效的催化劑。目前科研人員正在對(duì)此進(jìn)行研究，并發(fā)現(xiàn)這種配位化合物在硅氫加成反應(yīng)中具有很高的催化活性。
在生物及醫(yī)用材料領(lǐng)域，富勒烯經(jīng)光激發(fā)后有很高的單線態(tài)氧的產(chǎn)率，可應(yīng)用于光化治療技術(shù)，用以控制甚至殺死癌細(xì)胞；富勒烯的衍生物可防治艾滋病。此外，將富勒烯作為固體火箭推進(jìn)劑的添加劑，其衍生物可以顯著提高炸 藥的性能。富勒烯’還可作為潤(rùn)滑油添加劑，添加少量富勒烯的潤(rùn)滑油，能顯著提高潤(rùn)滑性能。
超導(dǎo)材料和光學(xué)材料也是富勒烯的重要應(yīng)用領(lǐng)域。內(nèi)嵌堿金屬的富勒烯超導(dǎo)體是一類極具價(jià)值的新型超導(dǎo)材料。富勒烯還具有良好的光學(xué)及非線性光學(xué)性能，可用于生產(chǎn)保護(hù)人眼免受強(qiáng)光損傷的光限制產(chǎn)品，并在光計(jì)算、光記憶、光信號(hào)處理及控制等方面有良好應(yīng)用前景。
積極開發(fā)工業(yè)化技術(shù)
富勒烯的應(yīng)用前景廣闊，但目前其實(shí)際應(yīng)用仍處在起步階段，還沒有真正成為商品進(jìn)入市場(chǎng)，主要原因是目前還不能進(jìn)行大量低成本的生產(chǎn)，價(jià)格昂貴直接影響到富勒烯的應(yīng)用和進(jìn)一步開發(fā)。目前國(guó)際上對(duì)富勒烯的研發(fā)主要集中在開發(fā)使用低價(jià)原料、連續(xù)、大量。(特別是工業(yè)化規(guī)模)生產(chǎn)富勒烯的技術(shù)和裝置。
目前已知有多種方法可以制備富勒烯。例如，在一定壓力和氦或氬的條件下，用電阻加熱高純碳使之蒸發(fā)成為氣態(tài)的電阻加熱法；利用高純石墨電極進(jìn)行直流或交流電弧放電，使之蒸發(fā)的電弧法；在氬氣中用激光照射旋轉(zhuǎn)的高純石墨盤，使碳蒸發(fā)的激光照射法；以及嚴(yán)格控制苯等碳?xì)浠衔锖脱鯕猓怪煌耆紵娜紵?亦稱火焰合成法)等。直流電弧法是目前采用較多的方法，其技術(shù)較簡(jiǎn)單，但只能間歇生產(chǎn)，產(chǎn)能有限，而且消耗大量電能和高價(jià)的高純石墨材料，富勒烯的制備成本較高，價(jià)格比黃金還昂貴；燃燒法可用比較廉價(jià)的含碳材料大量生產(chǎn)富勒烯，但其工藝和設(shè)備比較復(fù)雜，技術(shù)難度大，目前只有日本和美國(guó)能夠生產(chǎn)。我國(guó)誕生燃燒法試驗(yàn)裝置
在我國(guó)，一些科研機(jī)構(gòu)和高校在富勒烯制備和應(yīng)用研究方面已取得可喜成果，其中一部分具有世界領(lǐng)先水平，但是在燃燒法制備富勒烯方面，僅進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)室的探索性試驗(yàn)。
為了實(shí)現(xiàn)富勒烯的產(chǎn)業(yè)化，在富勒烯制備和金屬富勒烯研究方面領(lǐng)先的中科院化學(xué)所，在富勒烯衍生物和內(nèi)嵌富勒烯研究方面已經(jīng)取得成果的西南科技大學(xué)，與碳材料研究和工程能力較強(qiáng)的中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院三家共同組成了產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合體，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，向科技部申報(bào)了燃燒法批量制備富勒烯項(xiàng)目，該項(xiàng)目已被納入2007年國(guó)家“863”計(jì)劃課題。
其中，炭黑院承擔(dān)了燃燒法制備富勒烯的技術(shù)開發(fā)和試驗(yàn)裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)和建設(shè)任務(wù)。經(jīng)過近一年的努力，科研人員克服各種困難，解決了多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，已在炭黑院生產(chǎn)基地建成國(guó)內(nèi)首套燃燒法制備試驗(yàn)裝置，并于2008年1月17日在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)舉行了點(diǎn)火儀式。該試驗(yàn)裝置的投運(yùn)，將為燃燒法制備富勒烯的自主創(chuàng)新開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并為實(shí)現(xiàn)富勒烯在我國(guó)的大批量生產(chǎn)和應(yīng)用創(chuàng)造條件。
