【文章內(nèi)容簡介】 是C70，通過計算第一次能量下降和第一次氧化過程發(fā)生時的能差，可以得出C60和C70的HOMO– eV eV，這些發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)了C60和C70豐富的氧化還原性。更大的空籠富勒烯的氧化還原性同樣豐富，用于區(qū)分不同的同分異構(gòu)體，它已經(jīng)成為一個重要的技術(shù)方法。對于TNTEMFs的電化學(xué)性質(zhì)，M3N@ C2n（n39）不同于空籠富勒烯，這是碳籠的結(jié)構(gòu)不同和金屬團簇與碳籠之間的相互作用導(dǎo)致的（）。因此，還原過程是化學(xué)可逆，電化學(xué)不可逆的。由于HOMO軌道主要位于三金屬氮化物團簇中，氧化過程發(fā)生在低電位，HOMO–LUMO能隙的很小的。內(nèi)嵌金屬富勒烯M@C2n顯示出類似的性質(zhì)，它的HOMO–LUMO能隙更小。 (a)C60 (上) 和Sc3N@IhC80（下）的循環(huán)伏安曲線；（b)C60和Sc3N@IhC80的HOMOLUMO原理能量圖。 單個富勒烯分子的電子輸運性質(zhì)為了更好的了解單個富勒烯分子的電子傳輸性質(zhì), 從而探索設(shè)備應(yīng)用的可能性，研究單個的富勒烯分子連接到兩極的電流電壓特征是非常重要的。實驗上采用STM的方法研究電荷通過單個C60分子的傳輸。C60分子的研究有兩種不同的方法。第一種方法，C60分子沉積在金屬表面，一個分子與STM針尖接觸，這樣就產(chǎn)生了一個柵欄隧道結(jié)。C60富勒烯具有2 V以上的能隙，因此，它在室溫下是絕緣體，但它有一個低能量的LUMO能級，所以，當(dāng)C60分子與金屬電極接觸，可以發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移并且電導(dǎo)可以通過LUMO軌道確定 。其它理論研究已經(jīng)預(yù)測，通過內(nèi)嵌富勒烯的電荷傳輸，不同于依賴封裝原子性質(zhì)的空籠富勒烯，因為電荷傳輸?shù)闹饕揽赡苁歉焕障┨蓟\或封裝原子。這些差異可以用的在未來的納米器件，用于控制電流。 在第二個實驗方法中，C60分子沉積在一個絕緣的自組裝單層上面，這樣就產(chǎn)生了一對串聯(lián)的柵欄隧道結(jié)，并且共用一個電極。 富勒烯單分子器件 分子導(dǎo)線和供體受體系統(tǒng)富勒烯獨特的性質(zhì)，在建設(shè)照片感應(yīng)電荷傳輸系統(tǒng)時，它們是用作電子受體很好的候選材料，這要由于它們的低能量和三重簡并的LUMO軌道，可以很容易的吸收電子[17]。另一個重要的屬性是，它們在重組后減少的能量非常少，因為其剛性球面的幾何結(jié)構(gòu)和電子離域貫穿于整個分子。根據(jù)Marcus的電子轉(zhuǎn)移理論，低能量的重組有利于電荷分離，并且能延緩電荷重組，從而使電荷長時間處于分離狀態(tài)。因此，許多的富勒烯和富勒烯衍生物已經(jīng)研究用作電子受體材料（）。 富勒烯分子衍生物連接供體和受體的橋在許多關(guān)鍵方面起著至關(guān)重要的作用。例如，它們可以在電荷轉(zhuǎn)移過程中消除擴散。橋的化學(xué)性質(zhì)和長度比供受體的分離、定位、重疊和拓?fù)涓又匾?。有三種不同的情況，第一種是供體和受體部分由一個絕緣橋連接（ a）。絕緣橋能阻止干擾重組和電荷傳輸，所以具有優(yōu)越性，而導(dǎo)體橋可能由于本身的化學(xué)性質(zhì)影響電導(dǎo)或電荷傳輸。結(jié)構(gòu)不同的分子的氧化還原過程中，幾個短距離的電荷分離過程可以代替一個長距離的電荷傳輸（ b） 最后一種情況，采用高度共軛的分子作為分子導(dǎo)線來連接供體和受體（ c）。 在這種情況下，電荷分離過程主要是由供受體與連接軌道之間的重疊程度控制。在這樣的系統(tǒng)中，電荷分離通常發(fā)生在LUMO軌道中，并且依賴于LUMO軌道的能級水平。相反，電荷重組通常發(fā)生在HOMO軌道中。 供體和受體的橋式連結(jié)。(a)絕緣橋；(b)氧化還原梯度橋；(c)高度共軛橋 整流器通過分子整流能產(chǎn)生三種不同的現(xiàn)象。第一種，由于肖特基勢壘，可以在有機金屬界面形成表面偶極子。第二種發(fā)生在LUMO軌道，它在傳導(dǎo)過程中首先被存儲，放在兩個金屬電極和第三個電極中間，電子轉(zhuǎn)移發(fā)生在分子內(nèi)的HOMO和LUMO軌道之間。最后一種是真正的分子整流，最初由Aviram 和Ratner提出。對N摻雜和P摻雜富勒烯的理論研究表明，這些材料可被用于制備一種經(jīng)典的NP結(jié)，也就是二極管。二甲基苯胺基 氮雜[C60]富勒烯有兩種不同的整流表現(xiàn)，將它放在兩個鍍金電極之間，用LB超薄分子膜技術(shù)可以觀察到。在低電位，可使分子整流比率為2。但是，如果在較高的電位。 晶體管 生成C60的第一個設(shè)備可以認(rèn)為是一個晶體管，因為它用機電放大器來實現(xiàn)電壓放大，一個單一的C60加上STM指針，連接到壓電傳動裝置[18]（）。輸入電壓施加到壓電傳動裝置，阻止C60分子在銅的表面形成沉積，從而改變了約兩個數(shù)量級的電導(dǎo)特性， nm的變形。該設(shè)備可以承受高達(dá)幾微安的電流，更重要的是，結(jié)果證明了對單分子C60晶體管進(jìn)行構(gòu)造和建設(shè)的可行性（）。 （a)單分子C60機電放大器原理圖 ；(b)機電放大原理圖表示的開關(guān)狀態(tài)（a）機電單分子晶體管原理圖 （b）C60放大器平面圖單分子C60晶體管也能通過沉積制造C60甲苯溶液，甚至可以稀釋一對黃金電極。整個結(jié)構(gòu)建立在一個絕緣的二氧化硅層的摻雜硅晶片上，用柵電極調(diào)節(jié)C60分子的靜電勢。，C60分子通過納米機械振蕩，阻止它的金電極表面形成沉積。 總結(jié)與未來的方向富勒烯分子顯示了它們在構(gòu)建納米級電子器件方面的巨大潛力，因為它們有容易吸收電子的LUMO軌道，它們的球形結(jié)構(gòu)可以很好地實現(xiàn)自組裝過程。與其它的碳納米材料相比，富勒烯具有明確的結(jié)構(gòu)，并可以利用完善的化學(xué)方法進(jìn)行高純度的分離。隨著富勒烯家族中新成員的發(fā)現(xiàn)和多樣性的增加，新的特性也逐漸呈現(xiàn)。 3 碳納米管采用電弧放電技術(shù)制備富勒烯，在陰極沉積形成過程中，多壁碳納米管被發(fā)現(xiàn)。單壁碳納米管的形成發(fā)生在有金屬催化劑存在的電弧放電過程中。由于它們的發(fā)現(xiàn)和獨特的性質(zhì)，很多應(yīng)用已經(jīng)建議采用碳納米管。例如它們的拉伸強度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼。此外，它們的電子特性更有吸引力。單壁碳納米管就像是石墨烯片卷起形成的管狀物。由于石墨烯片具有碳原子的蜂窩結(jié)構(gòu)，不同的石墨烯片能卷起不同的結(jié)構(gòu)。但是，形成的每一種碳納米管，都可以用Hamada的命名來區(qū)別[19]。在它的命名系統(tǒng)中，將一個正六邊形的中心選為原點（0，0），與另一個六邊形的中心（M，N）疊加，形成碳納米管。有三種類型的碳納米管。如果石墨烯片沿著中心軸線卷起，就會產(chǎn)生扶手椅形碳納米管（m=n）或者是鋸齒形碳納米管（m=0）。如果石墨烯片沿其它的方向（m，n）卷起，就會產(chǎn)生手性對稱的碳納米管，手性取決于石墨烯片向上或向下卷起的方向。 碳納米管的制備和提純用摻雜金屬催化劑的石墨棒通過電弧放電來制備單壁碳納米管發(fā)現(xiàn)之后，為了研究出生產(chǎn)大量碳納米材料的其它的方法，人們付出了很大的努力。主要有以下三種方法：電弧放電法，激光消融法和化學(xué)氣相沉淀法（CVD)。同時，通過火焰制備碳納米管也越來越受到關(guān)注。用電弧放電制備碳納米管，用類似的方法也可以制備富勒烯；摻雜的石墨陽極，在壓力為500600毫巴，電流為100500A的氦氣中可以被蒸發(fā)掉。碳納米管只有在金屬催化劑存在的條件下才會形成，其中大部分積累在陰極并且形成不斷增長的沉淀。金屬催化劑的使用多種多樣，[20]。 碳納米管的電化學(xué)性質(zhì)了解碳納米管的電化學(xué)性能對于設(shè)計電子產(chǎn)品是非常重要的；然而，將碳納米管作為單獨的實體或個體來研究它的電化學(xué)性能已經(jīng)遇到了很多困難。碳納米管樣品的溶解度極低，電解質(zhì)溶液的離子強度，表面活性劑的干擾和水介質(zhì)中有限的電化學(xué)窗口都阻礙了碳納米管電化學(xué)性能的研究。在水和有機電解質(zhì)中研究碳納米管的電化學(xué)性能，陰極掃描是顯示有持續(xù)增加的電流產(chǎn)生，這反映了不同的碳納米管是以一種復(fù)雜混合物的狀態(tài)存在。第一次在溶液中研究電化學(xué)性質(zhì)是用可溶性的吡咯烷碳納米管樣品。這些衍生物顯示出的不可逆的還原性質(zhì)，取決于這些功能化的碳納米管在電極表面的分解。理論計算表明，碳納米管的電化學(xué)性能顯著影響著它的電子態(tài)的能量。 碳納米管的電荷傳輸性質(zhì)單壁碳納米管導(dǎo)電性能的預(yù)測依賴于它的螺旋性和直徑。同樣，碳納米管表現(xiàn)金屬性還是半導(dǎo)體性也取決于碳納米管管是如何螺旋卷起的。扶手椅狀碳納米管體現(xiàn)金屬性，其它的碳納米管則體現(xiàn)半導(dǎo)體性。碳納米管連接點的電導(dǎo)取決于碳納米管與金屬的接觸程度。第一次測量碳納米管的電導(dǎo)是將一個金屬納米管接在Si/SiO2基片頂部的兩個鉑電極之間，觀察到個別金屬單壁碳納米管表現(xiàn)為量子態(tài)。將放置在附近的第三個電極作為柵電極，電導(dǎo)在室溫下對金屬納米管的柵極電壓有較小的依賴性。金屬納米管的電導(dǎo)超過了最知名的金屬的電導(dǎo)。多壁碳納米管的電導(dǎo)是量子化的。半導(dǎo)體納米管的電導(dǎo)取決于柵電極的電壓，它們的帶隙是直徑和螺旋度的一個函數(shù)，半導(dǎo)體納米管的ON / OFF比，在室溫下通常是105，在極低的溫度下可以達(dá)到107。 碳納米管器件 碳納米管作為連接體