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超导体

富勒烯先进工业


       富勒烯的发现到现在已经有30多年,人们对富勒烯的应用研究取得了不少进展。富勒烯独特的分子结构和特殊的物理化学性质,对化学、物理、材料科学、生物医学等学科产生了深远的影响。富勒烯在先进工业领域中,尤其是润滑材料、催化剂、超导体、非线性光学、分子磁体、储氢材料等领域显示出诱人的前景。


       富勒烯C60分子具有特殊的球形结构和较高的化学稳定性,其抗压能力强,表面能低,分子内的作用力强,分子间作用力相对较弱,具有稳定的自润滑特性和分子滚珠效应。因此富勒烯C60可称为一类新型固体润滑材料或液体润滑体系添加剂,在摩擦领域具有广阔的应用前景。


       富勒烯以其独特的分子结构、特殊的电子性质、限域效应以及对金属催化剂的分散性能等特点,使其在催化领域具有十分诱人的应用前景。富勒烯能够催化单线态氧的化学反应、固氮反应、金刚石合成反应、推进剂燃烧反应等。目前,以富勒烯为基础的催化剂显示出了较好的工业应用前景,并已经成为富勒烯的主要研究方向之一。


       作为20世纪最伟大的科学发现之一,超导体具有零电阻和完全抗磁性等一系列神奇的物理特性,在科学研究、信息通讯、工业加工、能源存储、交通运输、生物医学乃至航空航天等领域均有重大的应用前景。富勒烯C60分子本身不具有超导性,但当碱金属嵌入C60分子之间的空隙后,C60与碱金属形成的富勒烯盐将转变为超导体,具有很高的超导临界温度,是目前已知的具有最高超导临界温度的分子超导体。C60系列超导体具有完美的三维超导性、电流密度大、稳定性高、易于展成线材等优点,是一类极具价值的新型超导材料。


       富勒烯具有三维离域π电子共轭体系和高度对称的结构,使得它具有优良的非线性光学(NLO)性能,包括反饱和吸收(RSA)的光限值性以及大的三阶非线性光学系数。富勒烯是良好的非线性光学材料,可以用于制备高速电子或光开关。富勒烯分子还具有光限幅效应,可以用于制造光限制器,保护光学传感器免受强光脉冲的损害,并在光计算、光记忆、光信号处理及控制等方面有良好的应用前景。


       富勒烯及其衍生物具有较大的电子亲和势,能够与电子给体或金属形成电荷转移复合物或富勒烯盐,同时富勒烯具有催化作用。因此富勒烯及其衍生物在分子磁体、储氢材料、燃料电池等领域也有广泛的应用前景。但是,目前对于富勒烯及其衍生物的磁性来源,储氢机理以及电催化剂机理研究不够深入,有待进一步揭开其理论基础,也进一步推动工业应用进展。随着富勒烯基础研究的不断深入和发展成熟,富勒烯工业应用基础研究也不断的继续深入,从而带动富勒烯的实际工业应用。



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