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富勒烯制备专用真空电弧炉的用途及由来

编辑:河南酷斯特仪器科技有限公司时间:2021-07-27

富勒烯(Fullerene)是一种完全由碳组成的中空分子,形状呈球型、椭球型、柱型或管状。富勒烯在结构上与石墨很相似,石墨是由六元环组成的石墨烯层堆积而成,而富勒烯不仅含有六元环还有五元环,偶尔还有七元环。 [1] 

1985年英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利莱斯大学制备出了di一种富勒烯,即“C60分子”或“[60]富勒烯”,因为这个分子与建筑学家巴克明斯特·富勒的建筑作品很相似,为了表达对他的敬意,将其命名为“巴克明斯特·富勒烯”(巴克球)。饭岛澄男早在1980年之前就在透射电子显微镜下观察到这样洋葱状的结构。自然界也是存在富勒烯分子的,2010年科学家们通过史匹哲太空望远镜发现在外太空中也存在富勒烯。“也许外太空的富勒烯为地球提供了生命的种子”。

在富勒烯发现之前,碳的同素异形体的只有石墨金刚石无定形碳(如炭黑),它的发现极大地拓展了碳的同素异形体的数目。富勒烯和碳纳米管独特的化学和物理性质以及在技术方面潜在的应用,引起了科学家们强烈的兴趣,尤其是在材料科学、电子学和纳米技术方面。大量低成本地制备高纯度的富勒烯是富勒烯研究的基础,自从克罗托发现C60以来,人们发展了许多种富勒烯的制备方法。目前较为成熟的富勒烯的制备方法主要有电弧法、热蒸发法、燃烧法和化学气相沉积法等。 

自耗式真空电弧炉是制备富勒烯、碳纳米管的专用设备。

一般将电弧室抽成高真空,然后通入惰性气体如氦气。电弧室中安置有制备富勒烯的阴极和阳极,电极阴极材料通常为光谱级石墨棒,阳极材料一般为石墨棒,通常在阳极电极中添加铁、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,它们存在于大量颗粒状烟灰中,沉积在反应器内壁上,收集烟灰提取。电弧法非常耗电、成本高,是实验室中制备空心富勒烯和金属富勒烯常用的方法。


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