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神奇的碳结构富勒烯

时间:2022-08-23 百科知识 版权反馈
【摘要】:由于其独特的结构和化学物理性质,富勒烯已对化学、物理、材料科学产生了深远的影响。富勒烯由60个碳原子组成,简称碳60,它的几何结构像足球,所以又称为足球烯、富勒球。富勒烯的直径仅有0.71纳米,堪称世界上最小的“足球”。实际上,富勒烯并没有“烯”的结构,称其为“富勒碳”更为妥当。对富勒烯的研究作出突出贡献的科学家之一—柯尔于1933年8月23日生于得克萨斯州。小小的富勒烯正以其独特的魅力影响和改变着这个世界。

富勒烯是一种碳的同素异形体。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。由于其独特的结构和化学物理性质,富勒烯已对化学、物理、材料科学产生了深远的影响。

1985年,英国的科学家哈罗德·沃特尔·克鲁托和美国的科学家罗伯特·弗洛伊德·柯尔、理查德·埃里特·史沫莱共同发现了碳元素的新形式——富勒烯,它是继石墨和金刚石后又一类碳的同素异形体。它的发现创立了一个崭新的化学分支,对于巨大的碳循环和经典芳香烃之类广泛存在的科学问题的概念产生了重大影响。1996年,他们因此分享了诺贝尔化学奖的殊荣。

理查德·埃里特·史沫莱

1939年10月7日,克鲁托出生于英格兰剑桥郡,1964年,他获得舍菲尔德大学化学博士学位。此后,他一直在萨塞克斯大学从事教研工作。他主要从事瞬间光解所产生自由基的高分辨电子光谱、电子和微波光谱、利用拉曼光谱对液态中间体的研究等。

1985年,克鲁托运用微波光谱测量大气层和气云时,发现了长形链状碳。为了找到这些碳链形成的途径,他与史沫莱和柯尔合作,用史沫莱设计的激光超声束光仪在氦气中将石墨汽化,产生了碳原子束,获得了含40个~100个以上偶数碳原子相应的未知形式的碳谱线。

通过为期11天的实验,他们发现,这种分子由60个碳原子组成,有60个顶点和32个面,其中12个面是五角形,20个面是六角形,它们结成一个高度匀称、类似球体的中空结构。他们把这种独特的分子命名为“富勒烯”,这一名称源自美国建筑师巴克敏斯特·富勒,因为这种分子结构与他设计的多面体穹顶相似。

诺贝尔博物馆里的富勒烯模型

富勒烯由60个碳原子组成,简称碳60,它的几何结构像足球,所以又称为足球烯、富勒球。富勒烯的直径仅有0.71纳米,堪称世界上最小的“足球”。实际上,富勒烯并没有“烯”的结构,称其为“富勒碳”更为妥当。现在,人们已习惯称其为足球烯。

学海拾贝

富勒烯分子具有芳香性,溶于苯呈酱红色,有润滑性,可能成为超级润滑剂。金属掺杂的富勒烯有超导性,是有发展前途的超导材料。富勒烯还可能在半导体、催化剂、蓄电池材料和药物等许多领域得到应用。

对富勒烯的研究作出突出贡献的科学家之一—柯尔于1933年8月23日生于得克萨斯州。1954年,柯尔获得赖斯大学学士学位。此后,他来到加利福尼亚大学伯克利分校继续深造,并于1957年获得博士学位。自1958年以来,柯尔一直在赖斯大学任教,主要从事微波及红外光谱的研究。

另一位科学家史沫莱于1943年11月7日生于美国俄亥俄州。1973年,他获得普林斯顿大学化学博士学位。此后,他一直在赖斯大学工作,从事超声束激光光谱的研究。

富勒烯的首次发现,让科学界对其完美的结构感叹不已,大自然造物时简单与美的和谐在这个结构上得到了最充分的体现。富勒烯有着无数优异的性质,它本身是半导体,掺杂后可变成临界温度很高的超导体,由它所衍生出来的碳微管比相同直径的金属强度高100万倍。小小的富勒烯正以其独特的魅力影响和改变着这个世界。

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