新兴产业技术前瞻第92期:石墨烯的兄弟富勒烯

本周主题

富勒烯与石墨、金刚石一样,是碳元素的同素异形体。富勒烯指的是一类物质,任何由碳一种元素组成,以球状,椭圆状,或管状结构存在的物质,都可以被叫做富勒烯。富勒烯可以被组合成各种形态的衍生物。到目前为止,仅基于C60的富勒烯衍生物就已经被合成出几万种,给富勒烯家族带来了极其丰富的性质并发展出大量应用。

富勒烯的独特性质:1硬度比钻石还硬;2轫度(延展性)比钢强100倍;3导电性比铜强,重量只有铜的六分之一;4它的成分是碳,所以可从废弃物中提炼。将金属嵌入富勒烯结构中,又可以形成独特的超导特性、顺磁特性等等。

富勒烯的下游应用:富勒烯作为一种超级纳米材料,在能源、化工、医疗和基础材料等各个方面都有非常广阔的前景。在工业应用中,富勒烯添加剂可以使润滑油寿命延长30%;富勒烯与碱金属形成的复合体系是优良的高温超导材料,其超导临界温度高达46K;基于C60光电导性能的光电开关和光学玻璃已研制成功;以富勒烯为关键材料的有机太阳能电池光电转换效率达到6.5%。此外,C60还能够在半导体、催化剂、蓄电池材料等领域得到深入应用。在生命科学方面,基于富勒烯的磁共振造影剂、治疗癌症的新型药剂正在快速发展。C60是一种很强的抗氧化物质,人们已开发出可以用在保养品中的富勒烯,为人类抗肌肤老化带来福音。

富勒烯的产业化:目前富勒烯的工业化制备手段有几种,主要包括苯燃烧法、磁控电弧法等。一般日产量在克级别。未工业化生产之前,富勒烯通常是科研机构的实验室生产的,价格为每克1000~2000元。到2003年,日本三菱公司开始工业化生产富勒烯后,其价格才下降到每克300~500元。现在C60的价格为每克120元。2009年后,随着煤燃烧富勒烯合成项目的建成,我国吨量级富勒烯的生产成本已处于较低水平。

我们认为:富勒烯未来可能会在超导、医疗健康、原子钟、精密定位等领域取得重大突破,但目前的工业化制造技术仍然处于初期,下游应用开发也不成熟。一切的期待尚需时日。

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