【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是C70，通過(guò)計(jì)算第一次能量下降和第一次氧化過(guò)程發(fā)生時(shí)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(gè)重要的技術(shù)方法。對(duì)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(tuán)簇與碳籠之間的相互作用導(dǎo)致的（）。因此，還原過(guò)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(tuán)簇中，氧化過(guò)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(gè)富勒烯分子的電子輸運(yùn)性質(zhì)為了更好的了解單個(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)上采用STM的方法研究電荷通過(guò)單個(gè)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(gè)分子與STM針尖接觸，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)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(gè)低能量的LUMO能級(jí)，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(guò)LUMO軌道確定 。其它理論研究已經(jīng)預(yù)測(cè)，通過(guò)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?yàn)殡姾蓚鬏數(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(lái)的納米器件，用于控制電流。 在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)方法中，C60分子沉積在一個(gè)絕緣的自組裝單層上面，這樣就產(chǎn)生了一對(duì)串聯(lián)的柵欄隧道結(jié)，并且共用一個(gè)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(dú)特的性質(zhì)，在建設(shè)照片感應(yīng)電荷傳輸系統(tǒng)時(shí)，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(jiǎn)并的LUMO軌道，可以很容易的吸收電子[17]。另一個(gè)重要的屬性是，它們?cè)谥亟M后減少的能量非常少，因?yàn)槠鋭傂郧蛎娴膸缀谓Y(jié)構(gòu)和電子離域貫穿于整個(gè)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(zhǎng)時(shí)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(guò)程中消除擴(kuò)散。橋的化學(xué)性質(zhì)和長(zhǎng)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(gè)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(guò)程中，幾個(gè)短距離的電荷分離過(guò)程可以代替一個(gè)長(zhǎng)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(lái)連接供體和受體（ c）。 在這種情況下，電荷分離過(guò)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(jí)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(guò)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(shì)壘，可以在有機(jī)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(guò)程中首先被存儲(chǔ)，放在兩個(gè)金屬電極和第三個(gè)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(duì)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(gè)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(gè)設(shè)備可以認(rèn)為是一個(gè)晶體管，因?yàn)樗脵C(jī)電放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓放大，一個(gè)單一的C60加上STM指針，連接到壓電傳動(dòng)裝置[18]（）。輸入電壓施加到壓電傳動(dòng)裝置，阻止C60分子在銅的表面形成沉積，從而改變了約兩個(gè)數(shù)量級(jí)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(duì)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(jī)電放大器原理圖 ；(b)機(jī)電放大原理圖表示的開關(guān)狀態(tài)（a）機(jī)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(guò)沉積制造C60甲苯溶液，甚至可以稀釋一對(duì)黃金電極。整個(gè)結(jié)構(gòu)建立在一個(gè)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(shì)。，C60分子通過(guò)納米機(jī)械振蕩，阻止它的金電極表面形成沉積。 總結(jié)與未來(lái)的方向富勒烯分子顯示了它們?cè)跇?gòu)建納米級(jí)電子器件方面的巨大潛力，因?yàn)樗鼈冇腥菀孜针娮拥腖UMO軌道，它們的球形結(jié)構(gòu)可以很好地實(shí)現(xiàn)自組裝過(guò)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(guò)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(guò)程中。由于它們的發(fā)現(xiàn)和獨(dú)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(qiáng)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(lái)區(qū)別[19]。在它的命名系統(tǒng)中，將一個(gè)正六邊形的中心選為原點(diǎn)（0，0），與另一個(gè)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(huì)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(huì)產(chǎn)生手性對(duì)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(guò)電弧放電來(lái)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(shí)，通過(guò)火焰制備碳納米管也越來(lái)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(yáng)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(huì)形成，其中大部分積累在陰極并且形成不斷增長(zhǎng)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(duì)于設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品是非常重要的；然而，將碳納米管作為單獨(dú)的實(shí)體或個(gè)體來(lái)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(qiáng)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(jī)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(jì)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(cè)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(diǎn)的電導(dǎo)取決于碳納米管與金屬的接觸程度。第一次測(cè)量碳納米管的電導(dǎo)是將一個(gè)金屬納米管接在Si/SiO2基片頂部的兩個(gè)鉑電極之間，觀察到個(gè)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(gè)電極作為柵電極，電導(dǎo)在室溫下對(duì)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(guò)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(gè)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