动手做一个碳60分子模型

获得诺贝尔奖的重要发现 碳60是晶状炭单质的第三种形态——群集态。虽然很久以前在宇宙光谱中就发现了它,但是在地球上有没有呢?有人曾武断否定,“从X射线衍射分析可知,碳只有金刚石和石墨两种同素异形体,无定形炭都是纯度不等的石墨物质”。 1985年人们在宇宙尘埃质谱图上确认质荷比720峰就是碳60     

碳-60新材料及其纳米结构特点

不少科学家最近将他们的注意力转向碳-60。这一方面是由于碳-60在结构上意义极不寻常,它是金刚石和石墨以外的第三种碳的结晶形式;另一方面是由于碳-60类材料在     

科学家们发现一种新的碳分子

美国亚利桑那大学的物理学家达罗·霍夫曼和德国核物理研究院的博根·克罗奇迈尔最近共同发现了一种新的碳分子。这种碳分子由60个碳原子构成,这60个碳原子相互连接成近似球形的32面体。众所周知,碳是最普通的元素,它与其他元素形成的化合物是地球上最常见的物质。过去,人们仅知道有2种形式的纯碳,一种是石墨,另一种是金刚石。这次两位科学家创立了一种大量生产新型碳分子的简便方法,他们首先将石墨棒放入一个密封的容器,然后抽干容器中所有的空气,再使电流通过石墨棒,电     

人造金刚石晶体的生长机制

一、引言金刚石晶体具有某些优异的性能,是近代科学技术上引人注目的一种重要原材料,是固体物理学超高压高温下物质相变与新材料合成等研究工作中值得重视的一个对象。自然界中常见到的碳可分为金刚石晶型碳(如立方金刚石和六方金刚石)和非金刚石晶型碳(如无定形碳和石墨)等两类。人造金刚石就是通过改变压力、温度等条件,使非金刚石晶型     

像金刚石一样硬?

金刚石晶莹剔透,光彩夺目,是为世人梦寐以求的宝石之最。但是,金刚石除了能唤起人们的神秘感和浪漫情怀之外,它还具有其另外的世俗之一面:在工业上使用。金刚石的非凡硬度,使其在切割和打磨其他硬质材料、增强制造工具的耐久性方面,具有无可替代的地位。 乍看一粒金刚石,很难令人相信,其生成物质与一支石墨铅笔芯、一块松软的煤炭没有两样。金刚石的碳原子按刚硬的晶体结构排列,而石墨的碳原子却形成光滑扁平的薄片。 1955年,美国通用电气公司的科学家通过对石墨施加极高压力的方法,首次制得合成金刚石。用这种方法制成的金刚石,像砂粒一样细微,所以其最好的工业用途是作磨料。 但是,金刚石作为一种切割工具,亦非万能。比方说,用金刚石切割钢就不太顶用。钢基本是铁与碳的混合体,遇到高温,铁就变得像吸附碳的海绵一般,与金刚石中的碳     

单根碳纳米管的“基因”编辑

<正>碳元素在自然界中分布广泛,“有机碳”构成有机物和生命体的分子骨架,“无机碳”可形成立方结构的金刚石和六方结构的石墨.以石墨六元环为基本单元,还可组成多种低维碳纳米材料,如零维富勒烯、一维碳纳米管和二维石墨烯、石墨炔等.碳纳米管是日本科学家饭岛澄男于1991年在透射电子显微镜(TEM)下发现的[1].碳纳米管的直径为纳米尺度,     

富勒体——未来的碳素材料

地球上没有任何一种元素能像碳这样由单一元素而能形成外观千变万化、性能千差万别和用途多种多样的制品。单就同素异形体而言,就有金刚石、石墨和咔(口宾)等,富勒体(fullerite)则是新发现的第四种。它是由60个碳原子构成的具有笼形结构的碳簇,又名足球烯(footballene)、英式足球碳簇(soccerball-clus-     

透过纳米管

成族的最新成员、世界上最小的试管──纳米管，比其他任何已知的物质都要坚硬．在电子工业中有着潜在的应用价值。1991年夏天，“足球热”（巴基球）曾一度席卷整个化学领域。就在前一年，亚利桑那和海德堡的研究工作者发现了制得可供观察和保存量的富勒佛──有名的、足球形的60个原子的碳分子的方法。当时一场碳科学的革命眼见得就要兴起。自首次发现痕量C60以来已有6年，世界各地的化学工作者都极想熟悉这种碳的新的存在形式，它毕竟是科学上已知的、工业上很有用的两种材料——石墨和金刚石的第三个“同胞”。筑波日本电气公司研究所…     

石墨烯及其应用

正距成功制备石墨烯已近十年,全球对石墨烯的研究热度却依然不减,仅在Nature和Science上发表的与石墨烯相关的论文就有数十篇之多。自从1985年富勒烯C_(60)~([1])和1991年碳纳米管(carbon nanotube,CNT)~([2])被发现以来,碳纳米材料的研究成为了材料领域的研究热点,世界各国研究人员对它们怀有极大的兴趣。虽然碳的三维(石墨和金刚石)、零维(富勒烯)和一维(碳纳米管)同素异形体相继被发现,但长期以来,科学界一直认为二维晶体由于热力学     

神奇的碳纳米管

读者朋友一定还记得中学化学课上学到的碳这一奇妙的物质,它的两种同素异形体,性质完全相反:金刚石堪称自然界的“第一硬”,而石墨又是各种矿物中软得不能再软的一种。近年来纳米技术的兴起又为它带来了另一大新奇,这就是碳的另一种同素异形体——碳纳米管(脚注)。     

由金刚石和石墨所想到的

金刚石和石墨本出一源.化学向人们揭示了它们的共同元素--碳,导致差异的是不同原子的排列,以及它们的互化.     

氢气在氢-氧-乙炔火焰法合成金刚石薄膜中的作用

金刚石薄膜的研究进展很快,利用富乙炔的氧(O_2)-乙炔(C_2H_2)火焰在大气中沉积金刚石是一种简单的快速沉积金刚石的方法。 在用O_2-C_2H_2火焰沉积金刚石时,两种气体的体积比O_2/C_2H_2≤1,合成条件十分苛刻。发现所合成出的金刚石膜中还有石墨     

来自C60分子简易合成的研究兴趣

除金刚石和石墨外,第三种形态固体碳的存在目前似乎无可争辩,在亚利桑那大学和德国马克斯普朗克(Max Planck)研究院核物理研究所,协作研究的物理学家们已能合成可回收批量的固态物质Buckminsterfullerene(又称"巴基球")一种具有英式足球     

人造金刚石单晶生长碳源问题的探讨

利用线膨胀系数和弹性常数计算了金刚石和石墨在高温高压下的晶格常数, 根据固体与分子经验电子理论(EET)计算了金刚石、石墨以及它们主要晶面的价电子结构. 以程氏理论(TFDC)提出的原子界面边界条件为判据, 分析了金刚石和石墨主要晶面之间电子密度的连续性, 发现其在一级近似条件下均不连续, 不满足金刚石晶体生长的边界条件. 分析得知, 在高温高压触媒法合成金刚石单晶生长过程中, 所需的碳源并非直接来自石墨, 从电子结构角度对金刚石单晶的生长机制进行了探讨.     

C60晶体的电子辐照行为

C_(60)是异于石墨和金刚石的碳的第三种同素异形体,具有由20个六边形环和12个五边形环组成的足球式结构.自从1990年Kr(?)tschmer在实验室成功地常量制备并纯化C_(60)原子团簇以来,其奇异的结构和潜在的应用价值引起了人们的极大兴趣.C_(60)晶体在室温下为面心立方(fcc)结构,即一个足球状的C_(60)分子占据fcc的一个晶格位置,其晶格常数a=1.417nm.但是,目前人们对C_(60)晶体结构的稳定性还知之甚少.本文主要研究C_(60)晶体在电子辐照下的结构变化.     

超高压下生长多晶金刚石

大颗粒多晶金刚石已迅速应用于地质、冶金和石油钻探等工业部门中。目前在高温高压下制作大颗粒多晶金刚石,通过两种途径:一种是由石墨合成金刚石,再由金刚石微粉烧结而成。另一种,则是直接由石墨一次长成多晶金刚石。前一种方法已由科研进入到广泛的工业生产,而后一种,虽然开始得早,由于技术困难等原因,仍处于科研的实验阶段。探索这种金刚石的生长条件和机制,在理论和生产应用上都有其重要意义。本文就生长多晶金刚石的一些实验结果和扫描电镜观察分析,作一初步研究报道。     

离子束溅射制备的C-N薄膜

Liu和Cohen采用经验模型和从头计算法计算了假想结构共价键化合物β-C_3N_4的弹性模量和结构性能。结果表明:该种共价键化合物的弹性模量与金刚石相当,其结构至少是亚稳态的,该种材料不仅具有高硬度,而且具有良好的导热性和热稳定性。为此,这种新型超硬材料受到了普遍关注,人们开始采用不同的实验方法合成β-C_3N_4.Wixom利用含氮的有机化合物进行冲击波合成,结果只得到了一些金刚石颗粒;Maya等人采用几种含氮的有机化合物进行高温热解,也未观察到碳氮成键的迹象。采用磁控溅射法合成β-C_3N_4时,得到的是非晶的C-N薄膜,其中含有极少量的纳米晶体。最近,Niu等人报道:采用脉冲激光蒸发高纯石墨并通进原子氮可制备出含有β-C_3N_4晶相的碳氮薄膜,薄膜中的氮含量可以达到40％。Gouzman等人采用低能氮离子注入到石墨表面,结果观察到氮的化合态,说明了β-C_3N_4的存在。     

大别山、苏鲁地区榴辉岩中新发现的微粒金刚石

以往只在大别山东段安徽省境内新店一带大理岩中榴辉岩内发现过微粒金刚石. 近两年来, 相继在苏鲁地区的毛北、大别山东段新店、老油坊以及北部百丈崖榴辉岩的岩石薄片中和黄尾河榴辉岩的重砂样中发现了微粒金刚石. 薄片中金刚石以包体形式产在石榴子石中, 或产出在石榴子石的颗粒之间. 苏鲁地区的3颗微粒金刚石晶体直径分别为30, 60和120 μm; 晶形似为八面体以及和立方八面体. 安徽省潜山县新店一颗微粒金刚石的直径180 μm, 环带结构, 中心为八面体, 环带似为立方八面体的六边形. 新店附近的老油坊榴辉岩中的退变微粒金刚石, 为晶形不明显的集合体, 大部分退变为石墨. 超镁铁岩带内百丈崖榴辉岩中微粒金刚石由2 ~ 3个单颗粒组成直径70 μm×90 μm 的集合体, 黄尾河榴辉岩重砂样中发现有直径50 μm不完整四面体的微粒金刚石. 所有上述各地的微粒金刚石都由Raman光谱证实. 微粒金刚石和其他证据都证明超镁铁岩带与其南部已经证实的超高压变质带一样, 也经历过超高压变质作用, 从而为所建立的大别山几何结构提供了更为确切的证据.     

自然环境中富勒烯存在的可能性

自然环境中是否有富勒烯(金刚石和石墨以外单质碳的第三种稳定形式)天然存在?目前化学家、地质学家和物理学家均表关心,因为这对于获取大量富勒烯和探索其形成机理,揭示地壳运动中岩石演化的规律,促进人工合成富勒烯技术的改进都有重要的作用。本文作者结合自已的实际工作,对在自然条件下富勒烯存在的可能性进行了讨论。     

含有微量硼元素的石墨对金刚石合成影响的研究

实验表明,在合成原料石墨中掺杂含硼材料可以合成出含硼金刚石。因此,了解这些摻杂物对高温高压金刚石合成过程及其存在形式和特征,对于进一步研究这种金刚石的形成机理以及有关性能方面的一些问题和对原料石墨进行选择是十分必要的。本文报道掺杂硼化物原料石墨合成金刚石的若干研究简况。