前景廣闊的富勒烯技術(shù)

徐勇

摘? 要：介紹了富勒烯的發(fā)現(xiàn)過程，論述了富勒烯應(yīng)用情況。闡明了在國內(nèi)納米潤滑技術(shù)領(lǐng)域，生輝航（北京）裝備技術(shù)研究有限公司正在進(jìn)行一場納米潤滑技術(shù)的新革命。

關(guān)鍵詞：富勒烯技術(shù);納米技術(shù);潤滑技術(shù)

1富勒烯的發(fā)現(xiàn)

富勒烯（Fullerene）與碳納米管、石墨烯一樣是一種碳的同素異形體，擁有完美的對稱結(jié)構(gòu)。富勒烯與石墨結(jié)構(gòu)類似，但石墨的結(jié)構(gòu)中只有碳的六元環(huán)，而富勒烯中存在碳的五元環(huán)和六元環(huán)。在宇宙里，宏觀物質(zhì)生成的過程中，納米材料與納米結(jié)構(gòu)也許起到了重要作用，微觀粒子形成分子、原子后，構(gòu)成宏觀物質(zhì)的過程中，納米尺度可能是一個不可逾越的階段，以至于在6500光年以外的星云光譜中發(fā)現(xiàn)了富勒烯的存在。但究竟是一個什么樣的過程和相互作用，還有待去揭示。

1971年，日本大澤映二在其出版的《芳香性》一書中描述了富勒烯分子的設(shè)想，但沒有把想法付諸實踐;1980年，飯島澄男在分析碳膜的透射電子顯微鏡圖時發(fā)現(xiàn)同心圓結(jié)構(gòu)，就像切開的洋蔥，這是富勒烯的第一個電子顯微鏡圖，但他不認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了新材料;1984年，富勒烯的第1個光譜證據(jù)在1984年由美國新澤西州的艾克森實驗室的羅芬等人發(fā)現(xiàn)，但是他們不認(rèn)為這是富勒烯材料產(chǎn)生的。1985年，英國化學(xué)家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國賴斯大學(xué)的科學(xué)家理查德·斯莫利、海斯、歐布萊恩和科樂發(fā)現(xiàn)富勒烯，證實了富勒烯的籠型結(jié)構(gòu)，從此富勒烯被科學(xué)界推向一個嶄新的研究階段。富勒烯結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，還是一個科技與藝術(shù)結(jié)合的典范，斯莫利等人在研究富勒烯結(jié)構(gòu)時曾經(jīng)一愁莫展，后來受到建筑學(xué)家富勒以球棍建造的世界博覽會美國館的外形啟發(fā)，確定了富勒烯的分子結(jié)構(gòu)，為了紀(jì)念富勒的貢獻(xiàn)，該分子被命名為富勒烯。1996年，羅伯特·科爾（美）、哈羅德·沃特爾·克羅托（英）和理查德·斯莫利（美）因富勒烯的發(fā)現(xiàn)獲諾貝爾化學(xué)獎。

富勒烯之所以受到如此重視的原因在于富勒烯具有一些傳統(tǒng)材料不具備的優(yōu)異性能。例如，硬度比鉆石還高，是典型的新超硬材料之一;延展性（軔度）是鋼的100倍;它是電的良導(dǎo)體，導(dǎo)電性比銅強;典型的輕質(zhì)材料，密度只有銅的1/6;它的成分是碳，來源廣泛。

2 富勒烯的應(yīng)用情況

由于富勒烯及其衍生物具有完美的對稱結(jié)構(gòu)，使其生物、物理和化學(xué)內(nèi)涵十分豐富，這些特性可以應(yīng)用在信息、生物醫(yī)藥、能源等方面有十分廣闊的應(yīng)用。具體地說，可以作為催化劑載體、制成高能電池材料、診斷腫瘤的影像劑、抑制腫瘤細(xì)胞和烈性傳染性病毒的藥物。此外，利用富勒烯及其衍生物有選擇性地吸收特定種類氣體的性質(zhì)，可以在工業(yè)上用作氣體雜質(zhì)的去除劑。

2.1 潤滑材料

富勒烯具有特殊的圓球形狀，是所有分子中最接近球型的分子，就像軸承中的滾珠，因此有人提議用作潤滑，作為“分子滾珠”來使用;另外，在分子水平上，單個富勒烯分子是異常堅硬，這樣的類球型結(jié)構(gòu)使其具有特殊的穩(wěn)定性，這使得富勒烯可以做為高級潤滑的主要功能材料。例如，將富勒烯完全氟化得到的氟化富勒烯除了具有優(yōu)良的潤滑性能之外，還具有是超級耐高溫的性能，成為比富勒烯更好的潤滑劑，可廣泛應(yīng)用于高技術(shù)領(lǐng)域。

2.2 復(fù)合材料

羽毛球拍、網(wǎng)球拍中也常常使用納米技術(shù)。利用富勒烯能與碳纖維高度連結(jié)的獨特性能，將0.7nm的富勒烯與7μm的碳纖維相結(jié)合用在網(wǎng)球拍的制造上。這項納米技術(shù)使球拍在高穩(wěn)定性的同時，還增加了硬度，并具有高反彈力，使球能量得到最大返回。

2.3 光敏材料

富勒烯特殊的球籠狀結(jié)構(gòu)使它特別容易吸收電子，還同時保持穩(wěn)定性，因此可以作為有機太陽能電池的電子受體材料，制作光敏電子器件。自富勒烯及其衍生物用于本體異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池以來，有機太陽能電池得到了長足的發(fā)展。

2.4 超導(dǎo)材料

在可以大量生產(chǎn)富勒烯后，其性能被廣泛研究，有很多新的性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)。例如，堿金屬摻雜的富勒烯有金屬行為，其中銫可以形成最大的堿金屬離子，因此銫摻雜的富勒烯材料被深入研究，結(jié)果有了重大發(fā)現(xiàn)——摻雜富勒烯具有超導(dǎo)性，這種超導(dǎo)體具有相對較高的臨界溫度，不僅高于以前發(fā)現(xiàn)的金屬和合金超導(dǎo)體，而且也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所有的有機分子超導(dǎo)體。

2.5 光學(xué)材料

富勒烯分子中不存在對非線性光學(xué)性能有干擾作用的碳—氫（C-H鍵）和碳—氧（C-O鍵），某些富勒烯分子衍生物還具有手性，與其他非線性光學(xué)材料相比，性能更加優(yōu)越，是高性能光導(dǎo)體、光致發(fā)光材料、非線性光學(xué)材料，這使得富勒烯及其衍生物材料在印刷、光學(xué)計算機、光學(xué)限制器及光通信等方面將獲得巨大的應(yīng)用。

2.6催化材料

在石油精煉和化學(xué)過程等方面，催化劑有著廣泛的應(yīng)用。富勒烯的特殊結(jié)構(gòu)使它可以作為催化劑的重要載體材料。在電弧法制造富勒烯的過程中，將碳、鈧、氮等原子嵌入富勒烯碳籠，或者通過化學(xué)方法將富勒烯打開孔后裝入一些原子或分子而形成內(nèi)嵌富勒烯。如果這些原子是鉑（Pt）、鈀（Pd）等具有催化性能的金屬，就可以制成一類新型催化劑。在這種催化劑中，催化性原子被碳籠保護(hù)起來，就像給催化劑穿了一身鎧甲，使催化效率和使用壽命都得到大幅度提高。

2.7生物醫(yī)用材料

現(xiàn)有的醫(yī)療技術(shù)大部分是先檢測疾病，再進(jìn)行治療。目前正在研發(fā)的納米醫(yī)學(xué)技術(shù)可以在檢測的同時進(jìn)行治療，實現(xiàn)診療一體化。同時結(jié)合精確的靶向治療和個體化治療，可以大大縮短疾病治愈的時間，降低毒副作用，減少醫(yī)療費用。例如，含釓稀土金屬富勒醇既是造影劑，又是納米藥物。在毒副作用方面，現(xiàn)有的腫瘤化療方法是建立在殺死腫瘤細(xì)胞的原理上，但是沒有選擇性，在殺死腫瘤細(xì)胞同時也殺死正常細(xì)胞。這種含釓金屬富勒醇納米藥物并不直接殺死細(xì)胞，而是通過改變腫瘤細(xì)胞的生長微環(huán)境，將其“監(jiān)禁”起來，阻止它們繼續(xù)生長和轉(zhuǎn)移，對正常的細(xì)胞和組織沒有影響。這種診療一體化的藥物有可能改變現(xiàn)有的腫瘤治療方法。

2.8化妝品

由于富勒烯特殊的籠狀結(jié)構(gòu)，能夠很好親和自由基。因此，具有極強的抗氧化能力，能夠起到活化皮膚細(xì)胞，預(yù)防肌膚衰亡的作用，是抗皺、美白、預(yù)防衰老的的理想成分。正因如此，21世紀(jì)以來富勒烯開始被用作化妝品原料，成為備受矚目的美容成分?？傊?，富勒烯由于其獨特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)物理性質(zhì)，已對生物、化學(xué)、物理、材料等科學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，尤其在應(yīng)用方面更是顯示了誘人的前景。隨著研究的不斷深入，富勒烯將要給人類帶來巨大的財富。

3 生輝航公司開創(chuàng)國內(nèi)富勒烯納米潤滑技術(shù)新革命

在國內(nèi)納米潤滑技術(shù)領(lǐng)域，生輝航（北京）裝備技術(shù)研究有限公司正在進(jìn)行一場納米潤滑技術(shù)的新革命。

作為匯聚動態(tài)科學(xué)、現(xiàn)代科學(xué)、現(xiàn)代技術(shù)、結(jié)合的產(chǎn)物，納米技術(shù)引發(fā)納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計量學(xué)等的一系列新科學(xué)技術(shù)。以色列威茨曼科學(xué)研究院博士簡-謝福坦（1992年諾貝爾獎提名）發(fā)現(xiàn)納米粒子，并研究論證了TUNSTEN獨特的物理和化學(xué)特性，開啟納米材料的新天地。

而今，納米粒子材料以顛覆性科技開辟機械潤滑新紀(jì)元，在科技界和商業(yè)界掀起了前所未有的熱潮。GX納米潤滑實驗室篩選納米材料合作伙伴，擁有將此技術(shù)商業(yè)化的獨家許可權(quán)。

歷經(jīng)專業(yè)研發(fā)與專業(yè)實驗，GX富勒烯納米潤滑實驗室得出以下結(jié)論：GX Nano富勒烯可以將無故障時間延長269%，，可以減少高達(dá)17%的二氧化碳排放，在2000小時機油下可以減少88%的鐵材質(zhì)磨損。三大核心數(shù)據(jù)詮釋“技術(shù)、產(chǎn)品、效益”三者的協(xié)作共贏。

這對企業(yè)而言意味著什么呢？意味著機油壽命的延長，維修周期的延長，設(shè)備使用壽命的延長，意味著運營成本和設(shè)備擁有成本的降低。

為了打破國內(nèi)市場空白，將納米富勒烯潤滑技術(shù)引入中國，生輝航（北京）裝備技術(shù)研究有限公司與GX納米潤滑實驗室強強合作，充分利用GX富勒烯納米粒子可以填充金屬空洞、裂縫和不規(guī)則表面，具有良好的承載和耐磨性能，充分消除裂紋的原理，將其作為新型潤滑劑的核心材料。

傳承與創(chuàng)新是永恒的使命，對于納米技術(shù)而言同樣如此。生輝航（北京）裝備技術(shù)研究有限公司在GX納米潤滑實驗室研發(fā)的基礎(chǔ)上，對GX富勒烯納米潤滑產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)和實驗，持續(xù)研發(fā)出添加劑及成品、礦物油機油添加劑、合成油機油添加劑、壓縮機機油添加劑、軸承油添加劑、涂層添加劑、潤滑脂添加劑、金屬加工添加劑、鉆井泥漿添加劑、配置好的齒輪油、潤滑脂和潤滑油。

未來，生輝航（北京）裝備技術(shù)研究有限公司將持續(xù)創(chuàng)新，以富勒烯納米粒子為研發(fā)重心，持續(xù)探索更好的技術(shù)，研發(fā)更好的產(chǎn)品，幫助企業(yè)和社會獲取更大的效益。