[发明专利]一种实现C60低温聚合和快速非晶化的高压技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现C₆₀低温聚合和快速非晶化的高压技术。

背景技术

在碳材料家族中，富勒烯碳60（C₆₀，又名富勒烯球）分子内部原子以碳-碳单键相连，被专家预测具有极高的体积模量B₀，约为800-900GPa，这一数值远超过金刚石的体积模量442GPa。然而，在常温常压下，C₆₀分子之间以范德华力相连，形成柔软的固体材料，其体积模量仅为10GPa。为了实现极度坚硬的碳材料的结构设计，一种办法就是打开C₆₀中的碳-碳双键，使得C₆₀之间相互聚合，形成三维的富勒烯聚合物，从而实现超硬的碳结构。目前，一般采用高温高压的技术实现C₆₀分子之间的一维和二维聚合。该技术即为：首先对C₆₀施加一定的压力，然后对样品进行加热，在合适的压力和温度下，C₆₀分子之间相继发生一维和二维发生聚合。目前尚未有研究表明得到C₆₀分子之间的三维聚合。在该技术中，温度是促使C₆₀聚合的关键因素。在室温下，仅对C60样品施加压力，并不能使得C₆₀发生相互聚合。现有研究表明，在金刚石对顶砧压腔中当压力达到34 GPa时，C₆₀分子直接碎掉，而不会在压力升高的过程中发生分子间的聚合。

目前，高温高压技术是实现C₆₀分子间聚合的主要技术。王素芹、于尧在《原子与分子物理学报》发表的题为“R相C₆₀聚合物的磁性研究”公开：在一组高温高压的条件下，合成了C₆₀聚合物，经过X射线衍射(XRD)的表征，证实了样品结构为菱形(R)、四方(T)和正交(O)；13C核磁共振(NMR)谱表明了C60球之间sp3键的形成，退卷积计算表明R相C60聚合物纯度～95％。另外有学者在高温高压条件下利用高压合成装置合成了二维R相C₆₀聚合物，并利用X射线衍射(XRD)和超量子干涉(SQUID)对合成的样品进行了研究。X射线衍射(XRD)数据表明,在6 Gpa压力和700℃-725℃的温度条件下合成的聚合物为纯度较高的二维R相C₆₀聚合物，当温度升高至800℃时,富勒烯的笼状结构塌陷,样品全部变为无定形碳结构。但是上述方法会存在以下缺点：升温会导致传压介质的分解，从而给C₆₀样品引入杂质；采用加热或者光照等给样品升温，均需要增加额外的能量，成本高。

另外，有学者利用1.064μｍ基频超短脉冲激光，使用光学二次谐波方法研究了超高真空中蒸镀在多晶银表面上的C60薄膜紫外光照射下的光聚合现象，发现聚合以后的C60二阶非线性响应增强，同时观察到光聚合的饱和效应，但是这种方法仅能实现C60薄膜材料的聚合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种实现C₆₀低温聚合和快速非晶化的高压技术，能够在室温下实现C₆₀分子间的相互聚合，实现_C60在较低压力下的快速非晶化。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种实现C₆₀低温聚合和快速非晶化的高压技术，其包括以下步骤：

1)将C₆₀样品和压力标定物Au颗粒装入样品腔内；

2)调节金刚石对顶砧压机上的加压螺丝给C₆₀样品施加2.0GPa以上的初始压力；

3)缓慢旋转压机的上基座，上基座带动金刚石相对于另外一个金刚石转动；

4)原位测试C₆₀和Au的X射线衍射谱，记录C₆₀的低温聚合和非晶化进程。

进一步地，在步骤1)中，金刚石压砧砧面直径为400微米；采用的垫片为铼片；样品腔的直径为100微米，高度为50微米；C₆₀和Au均为分析纯。

进一步地，在步骤3)中，旋转角度每增加12.5度时停下采集样品的X射线衍射谱信号。

本发明所达到的有益效果是：