碳元素可以组成一种以球状、椭圆状或管状结构的存在,被称为富勒烯,是单质碳的同素异形体,最早于1985年被发现。它与碳纳米管、石墨烯组成碳纳米材料家族的三大代表。今天化浪化工原料网将主要介绍化工原料富勒烯的特性以及制备方法。
该化工原料有许多优点,例如其硬度比钻石更硬,而其延展性是钢的1000倍,在导电性能方面比铜强,且重量只有铜的六分之一。将金属嵌入富勒烯中,可以形成独特的超导特性、顺磁特性等。其完美的堆成结构以及奇异的电子结构,使其在许多高新技术领域应用潜力巨大,被业界成为“纳米王子”,在生物医药、新能源、新材料、催化剂、电子学等领域都有着重要应用。
目前制备化工原料富勒烯的较为成熟的方法有太阳能石墨蒸发法、火焰燃烧法和电弧石墨蒸发法。
在太阳能石墨蒸发法中,首先聚集太阳光作为加热方式,在氦气气氛下直接蒸发石墨制备富勒烯。在温度达到3000K时,可使富勒烯产率达到20%。该生产方法避免了紫外线辐射对富勒烯结构的光化学破坏作用,并使得碳蒸气到达缓冷区之前不会凝结成碳块,提高了富勒烯的产率。
在火焰燃烧法中,将预先混好的苯、甲苯蒸气和氧气经氩气稀释后,在燃烧室内低压燃烧,可以得到含C60和C70的烟炱,将烟炱分离提纯后可得到纯度为99.9%的C60。火焰燃烧法中富勒烯生成所需的能量是由燃烧本身释放的热量提供,通过调整压强、气体比例能够在较大范围内控制产物分布,且具有操作简单、连续进料容易、不消耗电力等优点。因此该方法已经成为工业化生产富勒烯的主流方法。
电弧石墨蒸发法,以光谱级石墨棒为电极阴极,以石墨棒为阳极材料,并添加铢、镍、铜或碳化钨等作为催化剂。当两根高纯石墨电极靠近进行电弧放电时,炭棒气化形成等离子体,在惰性气氛下小碳分子经多次碰撞、合并、闭合而形成稳定的C60及高炭富勒烯分子。该方法不产生有毒有害产物,但是成本高,非常耗电。
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