富勒烯：“納米王子”造就新奇材料

富勒烯具有不尋常的特性，其代表性成員C60等更被譽為“納米王子”。由於富勒烯的硬度比鑽石還高，韌度是鋼的100倍，導電性超過銅而重量只有銅的六分之一，使其成為許多高新技術領域應用潛力巨大、不可替代的材料，今後在無金屬電線、建築物骨架、防彈背心、汽車外殼等領域也將出現它的身影。 超常性能帶來傳奇增長 美國市場調查公司BCC稱，2006年全球富勒烯的市場價值是9200萬美元，此後約以70%的年均速度實現滾雪球式增長，到2011年將達到13.1億美元，到2016年則有可能超過47億美元的規模。 作為該領域的權威專家，中科院化學所王春儒研究員表示：“諸多異乎尋常的性能，使富勒烯對化學、物理、材料、醫藥、微電子等領域產生了深遠影響，在應用方面顯示出誘人前景。” 在工業應用中，富勒烯添加劑可以使潤滑油壽命延長30%；富勒烯與鹼金屬形成的複合體系是優良的高溫超導材料，其超導臨界溫度高達46K；基於C60光電導性能的光電開關和光學玻璃已研製成功；以富勒烯為關鍵材料的有機太陽能電池光電轉換效率達到6.5%。此外，C60還能夠在半導體、催化劑、蓄電池材料等領域得到深入應用。 在生命科學方面，基於富勒烯的磁共振造影劑、治療癌症的新型藥劑正在快速發展。C60是一種很強的抗氧化物質，人們已開發出可以用在保養品中的富勒烯，為人類抗肌膚老化帶來福音。 我國贏得國際話語權 王春儒告訴記者：“我國科學家在富勒烯和金屬富勒烯領域的理論研究、功能化研究、結構表徵以及形成機理等方面，取得了一些在國際上具有較大影響的創新成果，在國際上掌握了一定的話語權。” 中科院化學所投資500萬元建設的富勒烯實驗室是眼下國內最好的富勒烯研究基地。該所與瀋陽科友公司聯合開發的富勒烯及內嵌金屬富勒烯實驗室製備裝置已平穩運行6年，並被推廣到國內多所大學。他們與西南科技大學、中橡集團炭黑研究院聯合研製的富勒烯工業化生產裝置可以年產100千克C60和10千克C70，打破了國外對富勒烯燃燒法製備技術的壟斷，為我國富勒烯科研和應用提供了充分的材料和技術。 目前，科學家們已經基本明確富勒烯的形成機理，並合成分離了小至C20、大至C240的富勒烯。2004年，廈門大學謝素原教授與王春儒研究員合作，採用在生成富勒烯過程中引入氯原子的方式，第一次將活潑的C50用氯原子穩定下來，成為該領域的一項重要突破。浙江大學與美國加利福尼亞大學合作，成功合成出世界上最小碳納米管結構的富勒烯C90，同樣引起國際科學界的廣泛關注。 王春儒表示，2008年以前，國際富勒烯市場主要由日本、美國、歐盟國家和俄羅斯控制，中國的佔有率基本為零。到2009年，隨著煤燃燒富勒烯合成項目的建成，我國噸量級富勒烯的生產成本已處於較低水準。他肯定地說：“國內產業界的發展目標是在最近幾年佔據全球市場35%的份額，屆時中國有望成為國際市場的領軍者。” 降低成本力爭商品化 王春儒介紹：“富勒烯已在電子器件、功能塑膠、電解質和醫藥等方面得到實際應用，不久之後還將誕生非金屬電纜、非金屬電路板等富勒烯產品。然而，這些應用均未達到商品化程度，在其商業化應用之前尚需解決許多問題。” 不穩定性是所有富勒烯應用領域中的共性問題。不過科學家們研究發現，當有金屬原子參與或對碳籠表面進行修飾後，不穩定的富勒烯也能穩定下來，由此開闢了該領域研究的新方向。 最為關健的是，目前每克C60富勒烯的市場價格分別為美國20美元、日本20美元、德國30美元、韓國20美元、中國320元，C70的價格更是數倍於此。王春儒強調：“在生產成本沒有大幅度降低之前，富勒烯不可能具備競爭力。”由此，開發使用低價原料、連續大規模地生產富勒烯的技術和裝置，依然是全球研發重點。