以富勒烯、金屬富勒烯和碳納米管為代表的碳納米材料,，在經(jīng)歷了20世紀(jì)90年代的研究高潮后,，已進(jìn)入較為平穩(wěn)扎實(shí)的研究階段,。隨著研究的不斷深入,，碳納米材料在人類生產(chǎn)和生活中正顯示出越來(lái)越多的不可替代的重要作用。出席日前在京舉行的以“碳納米材料的發(fā)展戰(zhàn)略”為主題的第370次香山科學(xué)會(huì)議的專家認(rèn)為，以富勒烯為代表的碳納米材料，經(jīng)過(guò)多年的積累正處于大發(fā)展大突破的前夜，碳納米材料展示出令人鼓舞的應(yīng)用前景,。
推動(dòng)納米科學(xué)繁榮
會(huì)議執(zhí)行主席,、中科院化學(xué)所研究員王春儒作了題為《碳納米材料的發(fā)展與應(yīng)用》的評(píng)述報(bào)告。王春儒說(shuō),，碳納米材料是納米科學(xué)最為活躍的研究領(lǐng)域之一,。納米科學(xué)的快速發(fā)展很大程度上得益于20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)現(xiàn)的富勒烯、納米管和石墨烯等碳納米材料,。目前,，碳納米材料已從富勒烯和納米管擴(kuò)展到納米角、石墨烯直至最近剛剛出現(xiàn)的石墨炔等一系列新材料,，并極大地推動(dòng)納米科學(xué)的繁榮,。
以富勒烯為例，其形成機(jī)理已基本明確,�,？茖W(xué)家們利用各種方法合成分離了小至C20，大至C240的富勒烯,；進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn),，當(dāng)有金屬原子嵌入富勒烯內(nèi)形成金屬富勒烯或?qū)μ蓟\表面進(jìn)行修飾，極其不穩(wěn)定的違反獨(dú)立五元環(huán)規(guī)則的富勒烯亦可被穩(wěn)定下來(lái),，由此開(kāi)辟了富勒烯研究的新領(lǐng)域,。
近年來(lái)，我國(guó)在富勒烯和金屬富勒烯類功能材料研究方面也取得長(zhǎng)足進(jìn)步,。中科院化學(xué)所,、廈門大學(xué)、北京大學(xué)等多家科研機(jī)構(gòu)在富勒烯和內(nèi)嵌富勒烯的合成,、分離,、化學(xué)修飾、分子組裝,、生物醫(yī)學(xué),、光電材料、催化等方面做了大量工作,，并在新結(jié)構(gòu)富勒烯研究,、富勒烯衍生物研究等方面取得系列成果。
碳納米管在機(jī)械方面具有非常高的機(jī)械強(qiáng)度和彈性,，在電子學(xué)方面具有優(yōu)良的導(dǎo)體或半導(dǎo)體特性,；在光學(xué)方面具有優(yōu)異的非線性光學(xué)性質(zhì),。納米管這些優(yōu)良的特性使其有可能被廣泛應(yīng)用在信息、光電,、生命,、能源、傳感,、材料等各個(gè)領(lǐng)域,，成為納米科學(xué)領(lǐng)域持久不衰的研究熱點(diǎn)之一。目前,，碳納米管科學(xué)仍處在快速發(fā)展之中,，新發(fā)現(xiàn)、新應(yīng)用層出不窮,。
石墨烯是近幾年飛速發(fā)展起來(lái)的一種碳納米材料,。單層石墨烯厚度只有0.335nm，它最大的特性是導(dǎo)電速度極快,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他導(dǎo)體材料,，可用在導(dǎo)電薄膜、電極材料,、傳感器等方面,。石墨烯還有強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)，可作為添加劑廣泛應(yīng)用到高強(qiáng)度復(fù)合材料之中,。雖然石墨烯發(fā)現(xiàn)不足10年,，但已步入研究的黃金時(shí)期。
大力推動(dòng)應(yīng)用研究
與會(huì)專家介紹,，富勒烯新材料的許多不尋常的特性幾乎都可以在現(xiàn)代科技和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)方面找到實(shí)際應(yīng)用,，在許多高新技術(shù)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值可能是關(guān)鍵性的和無(wú)法替代的�,；诟焕障┑膯畏肿诱�,、放大效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，顯示出富勒烯在納米電子學(xué)方面廣闊的應(yīng)用前景,；由C60衍生物制作的太陽(yáng)能電池具有柔性和低成本等特點(diǎn),，其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)已接近實(shí)用階段。
碳納米管由于其高機(jī)械強(qiáng)度和彈性,、優(yōu)良的半導(dǎo)體特性,，以及高比表面積和強(qiáng)吸附特性，使其在儲(chǔ)能,、單電子晶體管,、高能微型電池、高能電容器、高溫防護(hù)材料等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景,。碳納米號(hào)角作為納米管的一種特殊形式,，由于無(wú)催化劑污染、均勻的納米尺寸結(jié)構(gòu)和大的比表面積和空腔,，將在藥物的靶向輸送和緩釋方面有重要的應(yīng)用價(jià)值,。
石墨烯自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，有關(guān)的研究和新聞就未曾間斷過(guò)�,，F(xiàn)在,，科學(xué)家首次證實(shí)了石墨烯是目前世界上已知強(qiáng)度最高的材料。石墨烯由于具有優(yōu)異的電學(xué),、熱學(xué)和力學(xué)性能，可望在高性能納電子器件,、復(fù)合材料,、場(chǎng)發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,。
工業(yè)化生產(chǎn)是碳納米材料應(yīng)用研究的基礎(chǔ),。與會(huì)專家指出，目前碳納米材料的工業(yè)化生產(chǎn)問(wèn)題還沒(méi)有完全解決,。雖然納米管,、富勒烯等碳納米材料都可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但是生產(chǎn)富勒烯的成本高,、納米管的純化難等技術(shù)問(wèn)題亟待解決,。富勒烯、非常規(guī)富勒烯的制備問(wèn)題是研究人員面臨的一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn),；對(duì)于碳納米管,，其結(jié)構(gòu)可控制備可能是未來(lái)研究的重點(diǎn)；而對(duì)于石墨烯來(lái)說(shuō),，如何獲得大面積,、均勻的石墨烯仍是目前石墨烯制備中未攻克的難點(diǎn)。
此外,，為實(shí)現(xiàn)碳納米材料的工業(yè)化應(yīng)用,，其宏量制備是基礎(chǔ)。因此專家建議,，對(duì)于富勒烯納米材料,，應(yīng)重點(diǎn)研究如何低成本大規(guī)模生產(chǎn)，提高產(chǎn)出率,；對(duì)于納米管材料,，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)層數(shù)可控、手性可控、高純度,、少缺陷制備技術(shù)的探索,；對(duì)于石墨烯類納米材料，應(yīng)重點(diǎn)攻克大規(guī)模制備技術(shù)難題,。
推動(dòng)納米科學(xué)繁榮
會(huì)議執(zhí)行主席,、中科院化學(xué)所研究員王春儒作了題為《碳納米材料的發(fā)展與應(yīng)用》的評(píng)述報(bào)告。王春儒說(shuō),，碳納米材料是納米科學(xué)最為活躍的研究領(lǐng)域之一,。納米科學(xué)的快速發(fā)展很大程度上得益于20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)現(xiàn)的富勒烯、納米管和石墨烯等碳納米材料,。目前,，碳納米材料已從富勒烯和納米管擴(kuò)展到納米角、石墨烯直至最近剛剛出現(xiàn)的石墨炔等一系列新材料,，并極大地推動(dòng)納米科學(xué)的繁榮,。
以富勒烯為例，其形成機(jī)理已基本明確,�,？茖W(xué)家們利用各種方法合成分離了小至C20，大至C240的富勒烯,；進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn),，當(dāng)有金屬原子嵌入富勒烯內(nèi)形成金屬富勒烯或?qū)μ蓟\表面進(jìn)行修飾，極其不穩(wěn)定的違反獨(dú)立五元環(huán)規(guī)則的富勒烯亦可被穩(wěn)定下來(lái),，由此開(kāi)辟了富勒烯研究的新領(lǐng)域,。
近年來(lái)，我國(guó)在富勒烯和金屬富勒烯類功能材料研究方面也取得長(zhǎng)足進(jìn)步,。中科院化學(xué)所,、廈門大學(xué)、北京大學(xué)等多家科研機(jī)構(gòu)在富勒烯和內(nèi)嵌富勒烯的合成,、分離,、化學(xué)修飾、分子組裝,、生物醫(yī)學(xué),、光電材料、催化等方面做了大量工作,，并在新結(jié)構(gòu)富勒烯研究,、富勒烯衍生物研究等方面取得系列成果。
碳納米管在機(jī)械方面具有非常高的機(jī)械強(qiáng)度和彈性,，在電子學(xué)方面具有優(yōu)良的導(dǎo)體或半導(dǎo)體特性,；在光學(xué)方面具有優(yōu)異的非線性光學(xué)性質(zhì),。納米管這些優(yōu)良的特性使其有可能被廣泛應(yīng)用在信息、光電,、生命,、能源、傳感,、材料等各個(gè)領(lǐng)域,，成為納米科學(xué)領(lǐng)域持久不衰的研究熱點(diǎn)之一。目前,，碳納米管科學(xué)仍處在快速發(fā)展之中,，新發(fā)現(xiàn)、新應(yīng)用層出不窮,。
石墨烯是近幾年飛速發(fā)展起來(lái)的一種碳納米材料,。單層石墨烯厚度只有0.335nm，它最大的特性是導(dǎo)電速度極快,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他導(dǎo)體材料,，可用在導(dǎo)電薄膜、電極材料,、傳感器等方面,。石墨烯還有強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)，可作為添加劑廣泛應(yīng)用到高強(qiáng)度復(fù)合材料之中,。雖然石墨烯發(fā)現(xiàn)不足10年,，但已步入研究的黃金時(shí)期。
大力推動(dòng)應(yīng)用研究
與會(huì)專家介紹,，富勒烯新材料的許多不尋常的特性幾乎都可以在現(xiàn)代科技和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)方面找到實(shí)際應(yīng)用,，在許多高新技術(shù)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值可能是關(guān)鍵性的和無(wú)法替代的�,；诟焕障┑膯畏肿诱�,、放大效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，顯示出富勒烯在納米電子學(xué)方面廣闊的應(yīng)用前景,；由C60衍生物制作的太陽(yáng)能電池具有柔性和低成本等特點(diǎn),，其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)已接近實(shí)用階段。
碳納米管由于其高機(jī)械強(qiáng)度和彈性,、優(yōu)良的半導(dǎo)體特性,，以及高比表面積和強(qiáng)吸附特性，使其在儲(chǔ)能,、單電子晶體管,、高能微型電池、高能電容器、高溫防護(hù)材料等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景,。碳納米號(hào)角作為納米管的一種特殊形式,，由于無(wú)催化劑污染、均勻的納米尺寸結(jié)構(gòu)和大的比表面積和空腔,，將在藥物的靶向輸送和緩釋方面有重要的應(yīng)用價(jià)值,。
石墨烯自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，有關(guān)的研究和新聞就未曾間斷過(guò)�,，F(xiàn)在,，科學(xué)家首次證實(shí)了石墨烯是目前世界上已知強(qiáng)度最高的材料。石墨烯由于具有優(yōu)異的電學(xué),、熱學(xué)和力學(xué)性能，可望在高性能納電子器件,、復(fù)合材料,、場(chǎng)發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,。
工業(yè)化生產(chǎn)是碳納米材料應(yīng)用研究的基礎(chǔ),。與會(huì)專家指出，目前碳納米材料的工業(yè)化生產(chǎn)問(wèn)題還沒(méi)有完全解決,。雖然納米管,、富勒烯等碳納米材料都可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但是生產(chǎn)富勒烯的成本高,、納米管的純化難等技術(shù)問(wèn)題亟待解決,。富勒烯、非常規(guī)富勒烯的制備問(wèn)題是研究人員面臨的一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn),；對(duì)于碳納米管,，其結(jié)構(gòu)可控制備可能是未來(lái)研究的重點(diǎn)；而對(duì)于石墨烯來(lái)說(shuō),，如何獲得大面積,、均勻的石墨烯仍是目前石墨烯制備中未攻克的難點(diǎn)。
此外,，為實(shí)現(xiàn)碳納米材料的工業(yè)化應(yīng)用,，其宏量制備是基礎(chǔ)。因此專家建議,，對(duì)于富勒烯納米材料,，應(yīng)重點(diǎn)研究如何低成本大規(guī)模生產(chǎn)，提高產(chǎn)出率,；對(duì)于納米管材料,，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)層數(shù)可控、手性可控、高純度,、少缺陷制備技術(shù)的探索,；對(duì)于石墨烯類納米材料，應(yīng)重點(diǎn)攻克大規(guī)模制備技術(shù)難題,。
