物理性质

 C60在室温下是一种紫红色的固态分子晶体，有一定的金属光泽。C60有着许多优异的物理性能，在光学、电学、磁学等方面都有大量应用。以下介绍C60的一些物理性质：a。磁性方面，经过特殊处理后的C60分子可以得到一种不含金属或金属化合物的然磁性材料，可以开发为有机铁磁体，应用在记忆材料上；b。导电性，一般的C60是没有导电性质的，但是因为C60是一个空心结构，当C60与其他一些导电材料复合之后可以拥有良好的导电性能，现在我们所研究的锂离子电池的负极材料大多都是以石墨纳米笼作为基体进行金属掺杂或者复合处理，这种有机的结合能使碳的优异性能和其他材料的性能完美结合，并且共同表现出来；c。超导性，一些研究表明，对C60分子进行金属掺杂有可能得到掺杂金属三倍以上的导电效率，当温度降到一定程度时，经过掺杂的分子将得到超导性质。

化学性质

由于C60的结构和成键方式，它应当具有芳香性，所以一般的稠环芳烃所能发生的反应它都可以发生，主要可以发生的反应有：周环反应、金属反应、加氢还原反应、羟基反应、开孔反应、氧化还原反应、颜色反应等等。

利用C60这些物理、化学性质，C60现在可以用于制备锂离子电池负极、通过合金强化金属性能、利用分子中的碳碳双键吸收氢气作为储能材料、利用其超高的比表面积作为反应的催化剂、也可以应用在光电材料中作为一种光学限幅器等等。同时C60在医学方面也有很大的用途，目前发现C60可以致使DNA裂解，可以对DNA进行专一的分解；它作为药效团载体，其效果十分明显，由于它的特殊结构，可以与大量试剂发生反应；另外在其他的对癌细胞的杀伤方面、抗病毒方面、清除自由基方面都有着很大的功效。

1。1。3 石墨烯的性质及应用 石墨烯扫描电子显微镜图像

图1。3 碳材料的基本单元——石墨烯

石墨烯，一种由碳原子以Sp2杂化构成的只有一个原子层厚度的二维碳纳米材料，石墨烯的结构为六边形蜂巢状[3,4]。英籍科学家A。K。geimhe和Novoselov于2004年在石墨中分离得到单层石墨烯[5]，石墨烯材料的发现使他们摘得了2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯结构的改变可以变换成拥有不同性质的材料，例如，将单层石墨烯通过卷翘可以形成拥有一维结构的碳纳米管；可以通过堆砌折叠形成三维纳米结构的石墨；同样也可以变换成C60。

石墨烯拥有优良的物理性质，主要表现在它的硬度：目前已知的最薄但是硬度最高的的碳纳米材料、导电性：由于石墨烯是sp2杂化，所以碳原子周围有多余电子产生，而且这些电子能在晶体中自由的移动，使石墨烯表现出优良的导电性能，可以在电池材料中得到广泛应用[6]；在导热性和光学性能等方面石墨烯也有很多优良的特性。

1。2 渗碳体

1。2。1 渗碳体的结构

渗碳体是一种金属化合物，它拥有具有复杂晶格，其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大，它有着很高的含碳量，为6。69%，它的熔点也相对较高，为1227℃，它有着一种特殊的斜方晶体结构，相对于其他金属化合物大为不同。其晶体结构如图1。4所示，由下图可知，为正交晶系，碳原子与铁原子的半径比为0。63。渗碳体的晶胞结构由一个个类似的八面体的结构组成，一个晶胞中含有16个原子，在这些原子中12个为铁原子，4个为碳原子。在八面体结构中，一个碳原子对应连接六个铁原子，其中六个铁原子位于八面体的六个顶点上，而碳原子位于八面体的体中心。因为这种特殊的成键方式组成间隙化合物，所以可以看出在渗碳体中，铁原子的配位数是2，碳原子对应的配位数是6。一个标准渗碳体结构的点阵常数一般为a=0。452nm，b=0。508nm，c=0。673nm；所测得的晶胞体积大约是0。1545nm3。文献综述