前景廣闊的富勒烯技術

徐勇

摘? 要：介紹了富勒烯的發現過程，論述了富勒烯應用情況。闡明了在國內納米潤滑技術領域，生輝航（北京）裝備技術研究有限公司正在進行一場納米潤滑技術的新革命。

關鍵詞：富勒烯技術;納米技術;潤滑技術

1富勒烯的發現

富勒烯（Fullerene）與碳納米管、石墨烯一樣是一種碳的同素異形體，擁有完美的對稱結構。富勒烯與石墨結構類似，但石墨的結構中只有碳的六元環，而富勒烯中存在碳的五元環和六元環。在宇宙里，宏觀物質生成的過程中，納米材料與納米結構也許起到了重要作用，微觀粒子形成分子、原子后，構成宏觀物質的過程中，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現了富勒烯的存在。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現同心圓結構，就像切開的洋蔥，這是富勒烯的第一個電子顯微鏡圖，但他不認為發現了新材料;1984年，富勒烯的第1個光譜證據在1984年由美國新澤西州的艾克森實驗室的羅芬等人發現，但是他們不認為這是富勒烯材料產生的。1985年，英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國賴斯大學的科學家理查德·斯莫利、海斯、歐布萊恩和科樂發現富勒烯，證實了富勒烯的籠型結構，從此富勒烯被科學界推向一個嶄新的研究階段。富勒烯結構的發現，還是一個科技與藝術結合的典范，斯莫利等人在研究富勒烯結構時曾經一愁莫展，后來受到建筑學家富勒以球棍建造的世界博覽會美國館的外形啟發，確定了富勒烯的分子結構，為了紀念富勒的貢獻，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）因富勒烯的發現獲諾貝爾化學獎。

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材料不具備的優異性能。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;它是電的良導體，導電性比銅強;典型的輕質材料，密度只有銅的1/6;它的成分是碳，來源廣泛。

2 富勒烯的應用情況

由于富勒烯及其衍生物具有完美的對稱結構，使其生物、物理和化學內涵十分豐富，這些特性可以應用在信息、生物醫藥、能源等方面有十分廣闊的應用。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，可以在工業上用作氣體雜質的去除劑。

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，這樣的類球型結構使其具有特殊的穩定性，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，可廣泛應用于高技術領域。

2.2 復合材料

羽毛球拍、網球拍中也常常使用納米技術。利用富勒烯能與碳纖維高度連結的獨特性能，將0.7nm的富勒烯與7μm的碳纖維相結合用在網球拍的制造上。這項納米技術使球拍在高穩定性的同時，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構使它特別容易吸收電子，還同時保持穩定性，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結有機太陽能電池以來，有機太陽能電池得到了長足的發展。

2.4 超導材料

在可以大量生產富勒烯后，其性能被廣泛研究，有很多新的性質被發現。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，結果有了重大發現——摻雜富勒烯具有超導性，這種超導體具有相對較高的臨界溫度，不僅高于以前發現的金屬和合金超導體，而且也遠遠高于所有的有機分子超導體。

2.5 光學材料

富勒烯分子中不存在對非線性光學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，與其他非線性光學材料相比，性能更加優越，是高性能光導體、光致發光材料、非線性光學材料，這使得富勒烯及其衍生物材料在印刷、光學計算機、光學限制器及光通信等方面將獲得巨大的應用。

2.6催化材料

在石油精煉和化學過程等方面，催化劑有著廣泛的應用。富勒烯的特殊結構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，或者通過化學方法將富勒烯打開孔后裝入一些原子或分子而形成內嵌富勒烯。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生物醫用材料

現有的醫療技術大部分是先檢測疾病，再進行治療。目前正在研發的納米醫學技術可以在檢測的同時進行治療，實現診療一體化。同時結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，現有的腫瘤化療方法是建立在殺死腫瘤細胞的原理上，但是沒有選擇性，在殺死腫瘤細胞同時也殺死正常細胞。這種含釓金屬富勒醇納米藥物并不直接殺死細胞，而是通過改變腫瘤細胞的生長微環境，將其“監禁”起來，阻止它們繼續生長和轉移，對正常的細胞和組織沒有影響。這種診療一體化的藥物有可能改變現有的腫瘤治療方法。

2.8化妝品

由于富勒烯特殊的籠狀結構，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胞，預防肌膚衰亡的作用，是抗皺、美白、預防衰老的的理想成分。正因如此，21世紀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。總之，富勒烯由于其獨特的結構和化學物理性質，已對生物、化學、物理、材料等科學產生了深遠的影響，尤其在應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 生輝航公司開創國內富勒烯納米潤滑技術新革命

在國內納米潤滑技術領域，生輝航（北京）裝備技術研究有限公司正在進行一場納米潤滑技術的新革命。

作為匯聚動態科學、現代科學、現代技術、結合的產物，納米技術引發納米物理學、納米生物學、納米化學、納米電子學、納米加工技術和納米計量學等的一系列新科學技術。以色列威茨曼科學研究院博士簡-謝福坦（1992年諾貝爾獎提名）發現納米粒子，并研究論證了TUNSTEN獨特的物理和化學特性，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元，在科技界和商業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，擁有將此技術商業化的獨家許可權。

歷經專業研發與專業實驗，GX富勒烯納米潤滑實驗室得出以下結論：GX Nano富勒烯可以將無故障時間延長269%，，可以減少高達17%的二氧化碳排放，在2000小時機油下可以減少88%的鐵材質磨損。三大核心數據詮釋“技術、產品、效益”三者的協作共贏。

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

為了打破國內市場空白，將納米富勒烯潤滑技術引入中國，生輝航（北京）裝備技術研究有限公司與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。

傳承與創新是永恒的使命，對于納米技術而言同樣如此。生輝航（北京）裝備技術研究有限公司在GX納米潤滑實驗室研發的基礎上，對GX富勒烯納米潤滑產品進行開發和實驗，持續研發出添加劑及成品、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）裝備技術研究有限公司將持續創新，以富勒烯納米粒子為研發重心，持續探索更好的技術，研發更好的產品，幫助企業和社會獲取更大的效益。