富勒烯（Fullerene）
國立新莊高級中學化學科陳偉民教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
富勒烯是碳同素異形體中的一類，分子完全由碳組成，分子形狀可能為中空的球形、橢面、管狀或平面。球狀的富勒烯又稱為巴克球，而管狀的則稱為奈米碳管或巴克管。石墨烯就是平面富勒烯薄片的實例之一。石墨是由許多六角環連成的薄片堆疊而成，富勒烯的結構非常像石墨，但其中可能含有五角環（有時候含七角環），這樣就不一定會呈平面形。
富勒烯是1985年由蘇謝克斯大學（University of Sussex）及萊斯大學（University of Rice）的柯爾（Robert Curl）、克羅托（Harold Kroto）和斯莫利（Richard Smalley）三位學者發現，因為他們所發現的分子形狀類以建築師理查‧巴克明斯特‧富勒（Richard Buckminster Fuller）所建造的一座拱頂展覽館，因此以建築師的名字為分子命名。
預言與發現
在1970年，豐橋科技大學的大澤映兒就在日本雜誌上預言C60的存在。他注意到corannulene（一種多環芳香烴，分子式為C20H10）是足球形的一部分，因此，他提出假說，認為完整足球形的分子也可能存在。他的觀點發表在日本雜誌上，但歐洲人和美國人並不知悉。
1985年克羅托（當時在蘇謝克斯大學），以及萊斯大學的奚斯（James R. Heath）、歐布來恩（Sean O’Brien）、柯爾及斯莫利在研究某些含碳分子時，由質譜儀測得的訊號顯示分子具有六十或七十或更多的碳原子，因而發現C60（如下圖）。過不久，他們又發現其他富勒烯。克羅托、柯爾和斯莫利因為發現此類分子而獲得1996年諾貝爾化學奬。後來發現在實驗室之外也有C60和其他富勒烯存在（例如普通蠟燭燃燒後的油煙）。到了1991年，運用哈夫曼（Donald Huffman）和柯拉希默（Wolfgang Krätschmer）的方法，可以輕易製出綠豆大小的富勒烯粉末。如何純化富勒烯一直是化學家的挑戰，而且也影響富勒烯的價格。所謂富勒烯包合物（endohedral fullerenes）是指富勒烯形成的籠狀分子中含有離子或小分子。在許多有機化學反應中，如1993年發現的賓格反應（Bingel reaction），富勒烯是特殊的反應物。第一個奈米碳管在1991年製成。
少量的富勒烯，以C60、C70、C76和C84分子的形式存在於自然界，隱藏於油煙中，以及在大氣中因閃電而形成。最近在俄羅斯卡瑞利亞（Karelia）地區一類稱為硬瀝青（Shungites）的岩石中發現含有富勒烯。
種類
自從1985年發現富勒烯之後，已演變出各種不同結構的富勒烯，如：
巴克球原子簇：此類分子中最小的是C20（不飽和的十二面體），最常見的是C60。
1. 奈米碳管：非常小尺度的中空管狀分子，有單層或多層管壁，在電子工業上有潛在價值。
2. 巨碳管（megatubes）：直徑比奈米碳管大，而且管壁可製備成各種不同厚度，在運送各種大小不同的分子方面，有潛在價值。
3. 聚合物：在高溫高壓下，可形成鏈狀、二度空間或三度空間聚合物。
4. 奈米洋葱：多層碳球圍繞著中心的巴克球，有可能作為潤滑劑。
5. 連結式球鏈二聚物：兩個巴克球以碳鏈連接在一起。
6. 富勒烯環。
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