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碳60
非金屬單質(zhì)
名稱由來
在Fuller的后面加上一個(gè)詞尾-ene，是考慮到分子和苯及其衍生物一樣，都具有芳香族的結(jié)構(gòu)，具有不飽和性，在英文中對具有不飽和性的化合物的命名常常帶有詞尾-ene，于是便產(chǎn)生了Fullerene這個(gè)名稱，中譯名里對帶詞尾-ene的化合物常被譯成烯，因此Fullerene的中譯名就是富勒烯。
對于將及其一系列碳原子簇稱為烯，根據(jù)有機(jī)化學(xué)系統(tǒng)命名原則，烯表示含雙鍵的烴，而及其一系列碳原子簇是完全由碳原子組成的單質(zhì)，并不是一種化合物，也不是烯烴。因此，有些化學(xué)家不同意使用富勒烯這個(gè)名稱。命名因?yàn)樾枰鹬丶s定俗成的習(xí)慣，書籍和文獻(xiàn)中仍都采用Fullerene這個(gè)名稱。
由于分子的形狀和結(jié)構(gòu)酷似英國式足球（soccer），所以又被形象地稱為Soccerene（同樣帶有詞尾-ene），中譯名為“足球烯”。還有人用富勒的名字（Buckminster）的詞頭Buck來命名，稱為Buckyball，中譯名為“巴基球”。
有人建議稱及其一系列碳原子簇為“球碳”，理由是它們是由碳元素組成的球形分子；有人建議稱為“籠碳”，理由是它們是一種中空的籠形分子；還有人建議把“球碳”、“籠碳”和“富勒”綜合起來，稱為“富勒球碳”、“富勒籠碳”。在及其一系列碳原子簇的命名上，還沒有一種令大家都滿意的名稱。
歷史沿革
1971年，大澤映二發(fā)表《芳香性》一書，其中描述了分子的設(shè)想。
1980年，飯島澄男在分析碳膜的透射電子顯微鏡圖時(shí)發(fā)現(xiàn)同心圓結(jié)構(gòu)，就像切開的洋蔥，這是的第一個(gè)電子顯微鏡圖。1983年，克羅托蒸發(fā)石墨棒產(chǎn)生的碳灰的紫外可見光譜中發(fā)現(xiàn)215nm和265nm的吸收峰，他們稱之為“駝峰”，他們推斷出這是富勒烯產(chǎn)生的。
1984年，富勒烯的第一個(gè)光譜證據(jù)是在1984年由美國新澤西州的艾克森實(shí)驗(yàn)室的羅芬等人發(fā)現(xiàn)的，但是他們不認(rèn)為這是等團(tuán)簇產(chǎn)生的。
1985年，英國化學(xué)家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國科學(xué)家理查德·斯莫利等人在氦氣流中以激光汽化蒸發(fā)石墨實(shí)驗(yàn)中首次制得由60個(gè)碳組成的碳原子簇結(jié)構(gòu)分子，并推測這個(gè)團(tuán)簇是球狀結(jié)構(gòu)。
1990年，克利斯莫（Kriischmer）等人第一次報(bào)道了大量合成的方法，才使得的研究得以大量展開。
1991年，加州大學(xué)洛杉磯分校的霍金斯（Joel Hawkins）得到了富勒烯衍生物的第一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著富勒烯結(jié)構(gòu)被準(zhǔn)確測定。
1992年美國科學(xué)家P. R. Buseck在用高分辨透射電鏡研究俄羅斯數(shù)億年前的地下的一種名為Shungites的礦石時(shí)，發(fā)現(xiàn)了和
的存在，飛行時(shí)間質(zhì)譜也證明了他們的結(jié)論，產(chǎn)生原因未知。
1995年，伍德（Fred Wudl）制備出開孔富勒烯；而PCBM也被他首次制備。
1996年，羅伯特·科爾（美）哈羅德·沃特爾·克羅托（英）理查德·斯莫利（美）因富勒烯的發(fā)現(xiàn)獲諾貝爾獎(jiǎng)。
2010年加拿大西安大略大學(xué)科學(xué)家在6500光年以外的宇宙星云中發(fā)現(xiàn)了存在的證據(jù)，他們通過史匹哲太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了特定的信號(hào)。
結(jié)構(gòu)組成
球棍模型
在數(shù)學(xué)上，富勒烯的結(jié)構(gòu)都是以五邊形和六邊形面組成的凸多面體。最小的富勒烯是
，有正十二面體的構(gòu)造。沒有22個(gè)頂點(diǎn)的富勒烯。之后都存在
的富勒烯，n=12,13,14...。在之些小的富勒烯中，都存在著五邊形相鄰結(jié)構(gòu)。是第一個(gè)沒有相鄰的五邊形的富勒烯，下一個(gè)是。在更高的富勒烯中，普遍滿足孤立五邊形規(guī)則（Isolated pentagon rule,IPR），即在n>12時(shí)，不存在相鄰的五邊形結(jié)構(gòu)。
原子雜化狀態(tài)
比例模型
下面給出其雜化軌道的理論計(jì)算過程：
根據(jù)雜化軌道的正交、歸一條件，兩個(gè)等性雜化軌道的的最大值之間的夾角
滿足：
故：
解得：
，即
故碳原子采用的雜化方式理論計(jì)算值是。
發(fā)現(xiàn)研究
C540
后來英國的克羅托為了探明紅色巨星產(chǎn)生的碳分子結(jié)構(gòu)，對星際塵埃中含有碳元素的幾種分子進(jìn)行了確認(rèn)。美國的霍夫曼和德國的克拉其莫也制造出了宇宙中類似的塵埃。他們將其與煤炭燃燒后遺留的黑色物質(zhì)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了氣化物質(zhì)在紫外線吸收實(shí)驗(yàn)中留下了清晰的痕跡，并稱之為“駝峰光譜”。后來由美國的柯爾、史沫萊和英國的克羅脫解釋出該現(xiàn)象的理由，并為此獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
除外，具有封閉籠狀結(jié)構(gòu)的還可能有
、
、
、、
……
、
等，統(tǒng)稱為富勒烯（Fullerene）。自從1985發(fā)現(xiàn)富勒烯之后，不斷有新結(jié)構(gòu)的富勒烯被預(yù)言或發(fā)現(xiàn)，并超越了單個(gè)團(tuán)簇本身。
聚合物：
在高溫高壓下形成的鏈狀、二維或三維聚合物。
納米“洋蔥”：
球棒相連二聚體：
兩個(gè)巴基球被碳鏈相連；
最小的是（二十烷的不飽和衍生物）和最常見的；2007年科學(xué)家們預(yù)測了一種的新的硼巴基球，它用硼取代了碳形成巴基球，
的結(jié)構(gòu)是每個(gè)原子都形成五或六個(gè)鍵，它比穩(wěn)定。另外一種常見的富勒烯是70，72、76、84甚至100個(gè)碳組成的巴基球也是很容易得到的。
碳納米管：
碳納米管是非常小的中空管，有單壁和多壁之分；在電子工業(yè)有潛在的應(yīng)用；納米管是中空富勒烯管。這些碳管通常只有幾個(gè)納米寬，但是他們的長度可以達(dá)到1微米甚至1毫米。碳納米管通常是終端封閉的，也有終端開口的，還有一些是終端沒有完全封口的。碳納米管的獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致它有奇特的宏觀性質(zhì)，如高抗拉強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、高延展性、高導(dǎo)熱性和化學(xué)惰性（因?yàn)樗菆A筒狀或“平面狀”，沒有裸露原子被輕易取代）。一個(gè)潛在應(yīng)用是做紙電池，這是2007倫斯勒理工學(xué)院的一個(gè)新發(fā)現(xiàn)。另外一個(gè)可能應(yīng)用是用做太空電梯的高強(qiáng)度碳纜。通過共價(jià)鍵將富勒烯吸附在碳納米管外形成的納米“芽”結(jié)構(gòu)稱作納米芽。
巨碳管：
比納米管大，管壁可制備成不同厚度，在運(yùn)送大小不同的分子方面有潛在價(jià)值；
富勒體（Fullerites）：
是富勒烯及其衍生物的固態(tài)形態(tài)的稱呼，中文一般不特別稱呼這個(gè)形態(tài)。超硬富勒體這個(gè)詞一般被用來表述使用高壓高溫得到的富勒體，這種條件下普通的富勒烯固體會(huì)形成鉆石形式的納米晶體，它有相當(dāng)高的機(jī)械強(qiáng)度和硬度。
內(nèi)嵌富勒烯是將一些原子嵌入富勒烯碳籠而形成的一類新型內(nèi)嵌富勒烯，如氫、碳、鈧、氮等，大部分是在電弧法制造富勒烯的過程中形成的，也可以通過化學(xué)方法將富勒烯打開孔后裝入一些原子或分子。
物理性質(zhì)
溶解性
富勒烯在大部分溶劑中溶得很差，通常用芳香性溶劑，如甲苯、氯苯，或非芳香性溶劑二硫化碳溶解。純富勒烯的溶液通常是紫色，濃度大則是紫紅色，的溶液比的稍微紅一些，因?yàn)槠渌?00nm處有吸收；其他的富勒烯，如
、
等則有不同的紫色。富勒烯是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一在室溫下溶于常規(guī)溶劑的碳的同素異性體。
有些富勒烯是不可溶的，因?yàn)樗麄兊幕鶓B(tài)與激發(fā)態(tài)的帶寬很窄，如，
和。
也是幾乎不溶的，但是的內(nèi)嵌富勒烯，如
是可溶的，這是因?yàn)榻饘僭嘏c富勒烯的相互作用。早期的科學(xué)科學(xué)家對于沒有發(fā)現(xiàn)很是疑惑，但是卻有的內(nèi)嵌富勒烯。窄帶寬的富勒烯活性很高，經(jīng)常與其他富勒烯結(jié)合。化學(xué)修飾后的富勒烯衍生物的溶解性增強(qiáng)很多，如PC61BM室溫下在氯苯中的溶解度是50mg/mL。和在一些溶劑的溶解度列于左表，這里的溶解度通常是飽和濃度的估算值。
導(dǎo)電性
超導(dǎo)性
在可以大量生產(chǎn)后其很多性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，很快Haddon等人發(fā)現(xiàn)堿金屬摻雜的有金屬行為，1991年發(fā)現(xiàn)鉀摻雜的在18K時(shí)有超導(dǎo)行為，這是迄今最高的分子超導(dǎo)溫度，之后大量的金屬摻雜富勒烯的超導(dǎo)性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)。研究表明超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度隨著堿金屬摻雜富勒烯的晶胞體積而升高。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廣泛研究，
在38K時(shí)有超導(dǎo)性質(zhì)，不過是在高壓下。常壓下33K時(shí)具有最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度的是
。固體超導(dǎo)性的BCS理論認(rèn)為，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨著晶胞體積的增加而升高，因?yàn)?/span>分子間的間隔與費(fèi)米能級N（
）的態(tài)密度的升高相關(guān)，因此科學(xué)家們做了大量的工作試圖增加富勒烯分子間的距離，尤其是將中性分子插入
晶格中來增加間距同時(shí)保持的價(jià)態(tài)不變。不過，這種氨化技術(shù)意外地得到了新奇的富勒烯插入復(fù)合物的特別的性質(zhì)：Mott-Hubbard轉(zhuǎn)變以及分子的取向/軌道有序和磁結(jié)構(gòu)的關(guān)系。固體是由弱相互作用力組成的，因此是分子固體，并且保留了分子的性質(zhì)。一個(gè)自由的分子的分立能級在固體中只是很弱的彌散，導(dǎo)致固體中非重疊的帶間隙很窄，只有0.5eV。未摻雜的固體，5倍hu帶是其HOMO能級，3倍的t1u帶是其空的LUMO能級，這個(gè)系統(tǒng)是帶禁阻的。但是當(dāng)固體被金屬原子摻雜時(shí)，金屬原子會(huì)被t1u帶電子或是3倍的t1g帶的部分電子占據(jù)有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。雖然它的t1u帶是部分占據(jù)的，按照BCS理論
的t1u帶是部分占據(jù)的應(yīng)該有金屬性質(zhì)，但是它是一個(gè)絕緣體，這個(gè)矛盾可能用Jahn-Teller效應(yīng)來解釋，高對稱分子的自發(fā)變形導(dǎo)致了它的兼并軌道的分裂從而得到了電子能量。這種Jahn-Teller型的電子-聲子作用在固體中非常強(qiáng)以致于可以破壞了特定價(jià)態(tài)的價(jià)帶圖案。窄帶隙或強(qiáng)電子相互作用以及簡并的基態(tài)對于理解并解釋富勒烯固體的超導(dǎo)性非常重要。電子相互斥力比帶寬大時(shí)，簡單的Mott-Hubbard模型會(huì)產(chǎn)生絕緣的局域電子基態(tài)，這就解釋了常壓時(shí)銫摻雜的固體是沒有超導(dǎo)性的。電子相互作用驅(qū)動(dòng)的t1u電子的局域超過了臨界點(diǎn)會(huì)生成Mott絕緣體，而使用高壓能減小富勒烯相互間的間距，此時(shí)銫摻雜的固體呈現(xiàn)出金屬性和超導(dǎo)性。
關(guān)于固體的超導(dǎo)性還沒有完備的理論，但是BCS理論是一個(gè)被廣泛接受的理論，因?yàn)閺?qiáng)電子相互作用和Jahn-Teller電子-聲子偶合能產(chǎn)生電子對，從而得到較高的絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變溫度。
磁性
化學(xué)性質(zhì)
在親核加成中富勒烯作為一個(gè)親電試劑與親核試劑反應(yīng)，它形成碳負(fù)離子被格利雅試劑或有機(jī)鋰試劑等親核試劑捕獲。例如，氯化甲基鎂與在定量形成甲基位于的環(huán)戊二烯中間的五加成產(chǎn)物后，質(zhì)子化形成
。賓格反應(yīng)也是重要的富勒烯環(huán)加成反應(yīng)，形成亞甲基富勒烯。富勒烯在氯苯和三氯化鋁的作用下可以發(fā)生富氏烷基化反應(yīng)，該氫化芳化作用的產(chǎn)物是1，2加成的(Ar-CC-H)。
周環(huán)反應(yīng)
富勒烯的[6,6]鍵可以與雙烯體或雙烯親和體反應(yīng)，如D-A反應(yīng)。[2+2]環(huán)加成可以形成四元環(huán)，如苯炔。1,3偶極環(huán)加成反應(yīng)可以生成五元環(huán)，被稱作Prato反應(yīng)。富勒烯與卡賓反應(yīng)形成亞甲基富勒烯。常見周環(huán)反應(yīng)如下：
(1) [4+2]環(huán)加成。在[4+2]環(huán)加成中，的6/6雙鍵一直充當(dāng)親二烯體，大量不同的二烯類物加到上形成六元環(huán)（主要合成一元加合物）環(huán)加成物的形成條件依賴于二烯的反應(yīng)活性，在某些情況下加合物的形成是可逆的，如戊二烯和蒽的環(huán)加成。
(2) [3+2]環(huán)加成。如與重氮甲烷（
）、重氮酰胺、重氮乙酸酯類反應(yīng)，可得到種類很多的亞甲基橋富勒烯，這類反應(yīng)是基于作為一個(gè)1，3親偶極體，重氮化合物首先加成到6/6雙鍵上，形成二氫化吡唑啉五元環(huán)。
加氫還原
富勒烯氫化有幾個(gè)容易的方法。氫化富勒烯如
，
。然而，完全氫化的
僅僅是假設(shè)存在因?yàn)榉肿?/span>張力過大。高度氫化富勒烯不穩(wěn)定，富勒烯與氫氣直接反應(yīng)在高溫條件下的直接反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致籠結(jié)構(gòu)崩潰，而形成的多環(huán)芳烴。
氧化還原
加成反應(yīng)
親電加成
富勒烯也可以發(fā)生親電反應(yīng)?？梢栽诟焕障┣蛲饧映?4個(gè)溴原子。最多親電加成紀(jì)錄保持者是
。根據(jù)氟硅烷的結(jié)構(gòu)（在硅元素中）還難以預(yù)測
是否可能有一些氟原子在“endo”位置（指富勒烯內(nèi)部），這種化合物是比起球型更類似于一個(gè)管狀的富勒烯分子。
富勒烯在有機(jī)金屬化學(xué)中作為配體。[6,6]雙鍵是缺電子的，通常與金屬成鍵的η=2（配位化學(xué)中的常數(shù)）。鍵合模式如η=5或η=6可以因作為配體的球狀富勒烯改變而改變。富勒烯和硫羰基鎢
在環(huán)己烷溶液中，陽光直接照射下反應(yīng)生成的
。
內(nèi)嵌反應(yīng)
指通過化學(xué)手段選擇性地切斷富勒烯骨架上的碳碳鍵來制備開孔富勒烯的反應(yīng)。開孔后就可能把一些小分子裝到碳球中，如氫分子、氦、鋰等。第一個(gè)開孔富勒烯是在1995由Wudl等報(bào)道的。
反加成
反加成反應(yīng)即Retro-Additions（RA）。研究表明，通過RA消去，取代基實(shí)現(xiàn)了他們的目的后便與富勒烯主體分離。
顏色反應(yīng)
由于分子獨(dú)特的剛性球狀結(jié)構(gòu)，發(fā)展能夠與其高效結(jié)合的特定主體是一件很有意義的工作，二十多年來科學(xué)家們樂此不疲地用新奇的化合物和有趣的方式將其包起來得到包含物和嵌合物，在富勒烯的主客體化學(xué)方面進(jìn)行了大量的研究并取得了長足的進(jìn)展，發(fā)展了一系列主體化合物，大致分為富π電子化合物和大環(huán)主體兩類；前者有二茂鐵、卟啉、酞菁、四硫富瓦烯、苝、碗烯和帶狀多共軛體系等的衍生物，后者有環(huán)糊精、杯芳烴、氮雜杯芳烴，長鏈烷烴和低聚物等的衍生物。迄今與富勒烯分子超分子結(jié)合力最強(qiáng)的是相田卓三教授合成的卟啉籠分子，在鄰二氯苯中與的結(jié)合常數(shù)為
。
修飾富勒烯可以獲得更多的作用位點(diǎn)，因此富勒烯衍生物的超分子自組裝的研究一直是個(gè)熱點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于不修飾的富勒烯的組裝，特別是在基于富勒烯的功能材料、光致電子轉(zhuǎn)移、人工光合作用體系、光子器件等諸多的研究領(lǐng)域。
富勒烯功能化后產(chǎn)生的自組裝前體，通過超分子作用形成有序聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，既是提高對富勒烯本征認(rèn)識(shí)以及單分子器件構(gòu)筑水平，也是對富勒烯高新技術(shù)功能化材料的需要。十多年來，中國內(nèi)外很多研究組已經(jīng)在獲得穩(wěn)定的納米材料如納米顆粒、納米管、納米線、納米帶和高度有序二維結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了大量的研究，發(fā)展了經(jīng)典自組裝法、模板法、氣相沉積法，化學(xué)吸附和LB膜技術(shù)等方法來構(gòu)筑具有特定形貌的有機(jī)納米材料。
毒性分析
科學(xué)家在生物體腹腔內(nèi)注射大劑量后的毒理研究后發(fā)現(xiàn)，沒有證據(jù)表明白鼠在注射5000mg/kg（體重）的劑量后有中毒現(xiàn)象。也沒有發(fā)現(xiàn)給嚙齒動(dòng)物口服和混合物2000mg/kg的劑量后有中毒現(xiàn)象、遺傳毒性或誘變性，其他人的研究同樣證明和是無毒的。
另一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)注射懸浮液不會(huì)導(dǎo)致對嚙齒類動(dòng)物的急性或亞急生毒性，相反一定劑量的會(huì)保護(hù)他們的肝免受自由基傷害。2012年的最新研究表明，口服富勒烯能將小鼠的壽命延長一倍而沒有任何副作用。摩薩（Moussa）教授研究的性質(zhì)長達(dá)18年，著有《持續(xù)喂服小鼠使其壽命延長》一文，2012年10月他在一次視頻采訪中宣稱，純沒有毒性。
富勒烯發(fā)現(xiàn)以來都沒有明顯的證據(jù)表明是有毒性的，但一些科學(xué)家將碳納米管注射到小鼠的腹腔中發(fā)現(xiàn)了石棉狀的病灶。不過這項(xiàng)研究不是吸入性研究，雖然在這之前有對納米管的吸入性研究的毒理實(shí)驗(yàn)，因此，憑此項(xiàng)研究還不能確認(rèn)碳納米管有類似石棉的毒理特性。小鼠吸入
或納米并沒有毒副作用，而同樣情況下將石英顆粒注入小鼠則會(huì)引起強(qiáng)烈的炎癥。納米管在分子量、形狀、尺寸等化學(xué)和物理性質(zhì)（溶解度）方面都與迥然不同，因此從毒理學(xué)的角度來看，和碳納米管的不同毒理學(xué)性質(zhì)的差異性沒有關(guān)聯(lián)性。在分析毒性數(shù)據(jù)時(shí)，必須區(qū)別富勒烯的不同分子：（、……）；富勒烯衍生物：或其他化學(xué)修飾的富勒烯衍生物；富勒烯復(fù)合物（比如，表面活性劑輔助的水溶性富勒烯，如
聚乙烯基吡咯烷酮；主客體復(fù)合物，如與環(huán)糊精或卟啉），這種情況下富勒烯是與其他分子是通過超分子作用與其他分子連接的；納米顆粒，這是微晶的沿展固相聚集；以及更大分子量的非球狀的碳納米管。
主要功能
增強(qiáng)金屬
提高金屬材料的強(qiáng)度可以通過合金化、塑性變形和熱處理等手段，強(qiáng)化的途徑之一是通過幾何交互作用，例如將焦炭中的碳分散在金屬中，碳與金屬在晶格中相互交換位置，可以引起金屬的塑性變形，碳與金屬形成碳化物顆粒，都能使金屬增強(qiáng)。在增強(qiáng)金屬材料方面，的作用將比焦炭中的碳更好，這是因?yàn)?/span>比碳的顆粒更小、活性更高，與金屬作用產(chǎn)生的碳化物分散體的顆粒大小是0.7nm，而碳與金屬作用產(chǎn)生的碳化物分散體的顆粒大小為2μm～5μm，在增強(qiáng)金屬的作用上有較大差別。
氣體貯存
利用獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，可以將用作比金屬及其合金更為有效和新型的吸氫材料。每一個(gè)分子中存在著30個(gè)碳碳雙鍵，因此，把分子中的雙鍵打開便能吸收氫氣。已知的的較穩(wěn)定的氫化物有
、和
。在控制溫度和壓力的條件下，可以簡單地用和氫氣制成的氫化物，它在常溫下非常穩(wěn)定，而在80℃～215℃時(shí)，的氫化物便釋放出氫氣，留下純的，它可以被100%地回收，并被用來重新制備的氫化物。與金屬或其合金的貯氫材料相比，用貯存氫氣具有價(jià)格較低的優(yōu)點(diǎn)，而且比金屬及其合金要輕，因此，相同質(zhì)量的材料，所貯存的氫氣比金屬或其合金要多。
光學(xué)材料
由于分子中存在的三維高度非定域電子共軛結(jié)構(gòu)使得它具有良好的光學(xué)及非線性光學(xué)性能。如它的光學(xué)限制性在實(shí)際應(yīng)用中可作為光學(xué)限幅器。還具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，使其作為新型非線性光學(xué)材料具有重要的研究價(jià)值，有望在光計(jì)算、光記憶、光信號(hào)處理及控制等方面有所應(yīng)用。還有人研究了化合物的倍頻響應(yīng)及熒光現(xiàn)象，基于光電導(dǎo)性能的光電開關(guān)和光學(xué)玻璃已研制成功。與花生酸混合制得的花生酸多層LB膜具有光學(xué)累積和記錄效應(yīng)。光限制性也對于保護(hù)眼睛具有重要意義：因?yàn)樵谠黾尤肷涔獾膹?qiáng)度時(shí)，會(huì)使光學(xué)材料的傳輸性能降低。以的光學(xué)限制性為基礎(chǔ)，可研制出光限制產(chǎn)品，它只允許在敏化閾值以下（即對眼的危險(xiǎn)閾值以下）的光通過，這樣就起到了保護(hù)人眼免受強(qiáng)光損傷的作用。
高分子材料
由于特殊籠形結(jié)構(gòu)及功能，將作為新型功能基團(tuán)引入高分子體系，得到具有優(yōu)異導(dǎo)電、光學(xué)性質(zhì)的新型功能高分子材料。從原則上講，可以引入高分子的主鏈、側(cè)鏈或與其它高分子進(jìn)行共混，Nagashima等人報(bào)導(dǎo)了首例的有機(jī)高分子
并從實(shí)驗(yàn)和理論上研究了它具有的催化二苯乙炔加氫的性能，Y.Wany報(bào)道
的混合物滲入發(fā)光高分子材料聚乙烯咔唑（pvk）中，得到新型高分子光電導(dǎo)體，其光導(dǎo)性能可與某些最好的光導(dǎo)材料相媲美。這種光電導(dǎo)材料在靜電復(fù)印、靜電成像以及光探測等技術(shù)中有廣泛應(yīng)用。摻入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA）可成為很有前途的光學(xué)限幅材料。另外，摻雜的聚苯乙烯的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)行為也有報(bào)道。
醫(yī)學(xué)應(yīng)用
1）用于制造生物活性材料：尼爾森(Nelson）等人報(bào)道對田鼠表皮具有潛在的腫瘤毒性。貝爾(Baier）等人認(rèn)為與超氧陰離子之間存在相互作用。1993年弗萊德曼（Friedman）等人從理論上預(yù)測某些衍生物將具有抑制人體免疫缺損蛋白酶HIVP活性的功效，而艾滋病研究的關(guān)鍵是有效抑制HIVP的活性。日本科學(xué)家報(bào)道一種水溶性羧衍生物在可見光照射下具有抑制毒性細(xì)胞生長和使DNA開裂的性能，為衍生物應(yīng)用于光動(dòng)力療法開辟了廣闊的前景。1994年Toniolo等人報(bào)道一種水溶注多肽衍生物，可能在人類單核白血球趨藥性和抑制HIV-1蛋白酶兩方面具有潛在的應(yīng)用，黃文棟等人制得水溶性脂質(zhì)體，發(fā)現(xiàn)其對癌細(xì)胞具有很強(qiáng)的殺傷效應(yīng)。臺(tái)灣科學(xué)家報(bào)道多羥基衍生物—富勒酵具有吞噬黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶產(chǎn)生的超氧陰離子自由基的功效，還對破壞能力很強(qiáng)的羥基自由基具有優(yōu)良的清除作用。利用分子的抗輻射性能，將放射性元素置于碳籠內(nèi)注射到癌變部位能提高放射治療的效力并減少副作用。
2）癌細(xì)胞的殺傷效應(yīng)：經(jīng)光激發(fā)后有很高的單線態(tài)氧的產(chǎn)率，而單線態(tài)氧與生物機(jī)體的生理生化功能、組織損傷、腫瘤以及光化治療技術(shù)都有著重要關(guān)系。當(dāng)對的激發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到4000lx時(shí)，癌細(xì)胞受單線態(tài)氧的作用已接近100%死亡，因此能有效地破壞癌細(xì)胞的質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)的線粒體中質(zhì)網(wǎng)和核膜等重要的癌細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞的損傷乃至死亡。還有的研究指出，可以將腫瘤細(xì)胞的抗體附著在分子上，然后將帶有抗體的分子引向腫瘤，也可以達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的目的。
3）抗病毒作用。人體免疫缺損蛋白酶（HIV-1`protease HIVP）被認(rèn)為是抗病毒療法中主要抑制對象，富勒烯具有抑制HIVP活性的功效，而抑制HIVP活性是研究治療艾滋病的關(guān)鍵。HIVP的活性部分可以近似的描述為一個(gè)敞開式圓柱體，線性排列著疏水氨基酸，線性圓柱體的半徑和一個(gè)分子幾乎相同，但由于富勒烯分子是非極性的，因此將其制備成水溶性的或者其衍生物后，就可以嵌入HIVP的活性中心。衍生物的疏水部分與HIVP的活性部位結(jié)合相互起來，親水部分（極性基團(tuán)）則在膜表面形成溶劑化層，阻斷了HIVP的活性中心，從而達(dá)到抑制HIVP的目的。
4）致使DNA裂解。核酸含有生物遺傳信息，是一類重要的生物分子，它包括脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA兩大類，而DNA的裂變將引起細(xì)胞凋亡，致使生物體變異。富勒烯具有光物理特性，有很深的顏色，在UV和可見光區(qū)顯示了豐富的光化學(xué)行為，在光的激發(fā)下，三線態(tài)可產(chǎn)生約一個(gè)單位能量，通過能量轉(zhuǎn)換，可形成高產(chǎn)量的單線態(tài)氧
。而三線態(tài)也能氧化富電子底物。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，富勒烯衍生物具有專一地切割DNA的能力。
當(dāng)然DNA的裂解也會(huì)使有病或異常增值的細(xì)胞凋亡，通過連接靶向性的官能團(tuán)，可能使富勒烯的作用發(fā)生在特定的部位，這為治療某些癌癥和一些疑難雜癥提供了一條新的途徑，而從單線態(tài)氧到單電子轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移機(jī)理，標(biāo)志著對作用機(jī)理認(rèn)識(shí)的深入，隨著富勒烯作用機(jī)理的進(jìn)一步揭示，必將會(huì)給富勒烯及其衍生物在DNA裂解方面的應(yīng)用帶來深遠(yuǎn)的影響。
5）清除自由基。被喻為吸收游離基的海綿。在某些情況下，生物體需要活性氧來完成生理過程，如吞噬細(xì)菌、凝血酶原合成、肝臟對外來毒物的解毒等。但許多情況下，活性氧積累過剩時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生損傷作用，如氧自由基和
能損傷細(xì)胞膜，致使一些細(xì)胞壞死，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多疾病是由氧自由基觸發(fā)的，機(jī)體衰老也與此密切相關(guān)Chiang等人報(bào)道水溶性的多羥基富勒烯衍生物fullerenols對消除由黃嘌呤和黃嘌呤氧化酶產(chǎn)生的超氧基有很好的效果，該富勒烯醇化合物比母體減少了它們固有的生物毒性。一些具有電子親和力的富勒烯醇成為合適的試劑，用于生物體系的自由基去除和水溶性的抗氧化劑以減少有病血液中的自由基的濃度和抑制不正?；蛴胁〖?xì)胞的生長，試驗(yàn)表明，當(dāng)溶液中富勒醇的濃度為50mg/L時(shí)，對超氧基的清除率可達(dá)到80%，同時(shí)通過光譜吸收試驗(yàn)和化學(xué)發(fā)光技術(shù)試驗(yàn)還顯示富勒烯醇的存在對黃嘌呤氧化而產(chǎn)生的尿酸的量沒有影響，這意味著它對黃嘌呤氧化酶沒有抑制作用，而直接對超氧基起抑制作用。
其他用途
由于用薄膜做基質(zhì)材料可以制成齒狀組合型的電容器，用它來制成的化學(xué)傳感器具有比傳統(tǒng)的傳感器尺寸小、簡單、可再生和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，可能成為傳感器中頗具吸引力的一種候選產(chǎn)品。
富勒烯還具有記憶性，可以用做記憶材料。
流行文化
在流行文化中的富勒烯元素很多，并且在科學(xué)家關(guān)注它們之前就出現(xiàn)了。在《新科學(xué)家》雜志中，曾經(jīng)每周有瓊斯（David E. H. Jones）寫的叫做《地達(dá)拉斯》（Daedalus）的專欄來描述各種有趣但很難實(shí)現(xiàn)的科學(xué)和技術(shù)。1966年，他建議可能通過摻雜雜原子來扭曲一個(gè)平面的六邊形組成的網(wǎng)來得到一個(gè)中空的碳球分子。2010年9月4日，谷歌的首頁上用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的富勒烯取代了GOOGLE圖案中的第二個(gè)"O"來慶祝巴基球發(fā)現(xiàn)25周年。
參考資料
[1]
科學(xué)家用硼元素組成巴基球 或成新型納米材料 · 華東在線[引用日期2014-08-27]
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可殺傷腫瘤細(xì)胞的非金屬單質(zhì)——碳60
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