说起富勒烯,其发现极具偶然性。1985年,是天文学家在研究宇宙星云构成时意外发现的。1996年后,这3位来自美国和英国的科学家因发现富勒烯获得诺贝尔奖,自此后,富勒烯作为一种新型碳材料开始在纳米材料界占据一席之地。
而其人造材料一诞生,也是惊艳了世人一一 2015年,据英国网站报道,牛津大学的碳材料研究团队以2.2万英镑卖出首批200微克的“内嵌富勒烯”材料,其重量一片雪花的1/15,而每克材料的价值却高达1亿英镑,约合人民币9.7亿元。有媒体感叹,内嵌富勒烯是“世界上最昂贵的材料”,被誉为“纳米王子”一路盛赞追捧不断。
作为与石墨、金刚石一样,碳元素同素异形体的富勒烯,是超级纳米材料的一员,硬度比钻石还硬;轫度(延展性)比钢强100 倍;导电性比铜强,重量只有铜的六分之一;成分是碳,可从废弃物中提炼,而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,而仅基于 C60 的富勒烯衍生物就已经被合成出几万种富勒烯的下游应用在能源、化工、医疗和 基础材料等各个方面都有非常广阔的前景。
目前,富勒烯家族带来了极其丰富的性质并发展出大量应用。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。
此外,C60作为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。在此前召开的世界富勒烯大会上,富勒烯作为抗氧化剂的运用越来越得到肯定。富勒烯成分在肌肤老化连锁反应源头就 吸附、扫除自由基,降低人体的老化反应,是维他命的125倍。在过去的五年里,中国抗衰老市场规模翻了2.4倍。2011年,市场销售额超过了200亿元,2017年市场达到近500亿人民币,预计到2020年,市场将达到800亿,未来,富勒烯成分的应用将有更大的空间。
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。2003年之前,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,之后 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,随着国内吨级富勒烯生产线投产,未来富勒烯在超导、医疗健康、原子钟、精密定位等领域的突破,将为富勒烯带来丰富的应用前景。作为与碳纳米管、石墨烯碳成为纳米材料家族3大代表的富勒烯,此次国内吨级富勒烯生产线的投产以新型碳纳米材料产业化为目标,将形成完备的富勒烯产业链集群,同时对我国掌握核心关键技术自主可控权具有重要意义。