中國科學(xué)院高能物理研究所趙宇亮、陳振玲、柴之芳等研究人員，2004年3月下旬利用一定能量的中子與Ｃ７０分子相互作用，首次成功合成、分離、表征了單原子數(shù)目富勒烯分子Ｃ１４１。將核技術(shù)應(yīng)用于新材料領(lǐng)域而取得的這一成果，為將來新一代中子源在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用提供了新的思路。

    趙宇亮研究員在中科院知識(shí)創(chuàng)新工程支持下，在高能物理研究所成立了“納米材料生物環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，并組建了一支包含納米材料、生物、物理、化學(xué)領(lǐng)域研究人員在內(nèi)的多單位多學(xué)科協(xié)同研究團(tuán)隊(duì)，目前在從事碳納米材料研究的同時(shí)，開展納米材料的生物毒理和環(huán)境衛(wèi)生研究。

　　據(jù)趙宇亮介紹，富勒烯是一種由碳原子組成的納米結(jié)構(gòu)的球籠狀分子。兩個(gè)富勒烯碳籠連接起來，可以形成Ｃ２ｎ－Ｃ２ｍ（ｎ＝ｍ，或ｎ≠ｍ）型富勒烯二聚體，例如Ｃ６０－Ｃ６０ 、Ｃ６０－Ｃ７０ 和Ｃ７０－Ｃ７０，它們在光合成、分子電子器件和超分子化學(xué)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，富勒烯二聚體研究已成為富勒烯科學(xué)的一個(gè)重要分支。而當(dāng)兩個(gè)富勒烯碳籠之間加入一個(gè)其它原子時(shí)，就可形成橋型富勒烯二聚體Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ（ｎ＝ｍ，或ｎ≠ｍ），如Ｃ６０－Ｏ－Ｃ６０，當(dāng)Ｘ為碳原子時(shí)，這種全碳富勒烯二聚體（Ｃ２ｎ－Ｃ－Ｃ２ｍ）作為碳的又一種同素異形體和進(jìn)行富勒烯聚合反應(yīng)的起始物，在新型的碳納米材料的研究中引起了極大的關(guān)注。

    他說，由于全碳富勒烯二聚體在兩個(gè)納米尺寸的碳籠之間引入了橋式結(jié)構(gòu)，這類分子具有電子轉(zhuǎn)移功能，在納米器件和納米電子開關(guān)方面有潛在的應(yīng)用前景，因此被作為新型分子開關(guān)的候選者。但由于很難通過常規(guī)的化學(xué)方法合成，之前報(bào)道合成成功的Ｃ２ｎ－Ｃ－Ｃ２ｍ型分子，只有Ｃ１２１（Ｃ６０－Ｃ－Ｃ６０）是用高溫裂解化學(xué)合成的方法合成的。這極大地限制了人們對(duì)其性質(zhì)和功能的探索。

     在研究中子與納米分子相互作用的過程中，趙宇亮和博士生陳振玲等發(fā)現(xiàn)了新型納米分子的形成。隨后利用一定能量的中子與Ｃ７０分子相互作用，首次利用中子誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的方法成功合成了單原子數(shù)目富勒烯分子Ｃ１４１。高效液相色譜法對(duì)Ｃ１４１的分離和純化結(jié)果表明，這種奇數(shù)碳納米分子在空氣中可以穩(wěn)定存在。在激光作用下，解離生成的主要碎片為Ｃ７１和Ｃ７０；也會(huì)失去一個(gè)碳原子形成Ｃ１４０、失去兩個(gè)碳原子形成Ｃ１３９。但要完全闡明Ｃ１４１的形成機(jī)理，還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和理論研究。

    趙宇亮說，這一研究成果是將核技術(shù)應(yīng)用于新材料領(lǐng)域而取得的，這一新的合成方法，為將來新一代中子源在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用提供了新的思路，并為Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ類型分子的制備提供了新的途徑。應(yīng)用這一方法，研究小組最近已進(jìn)一步合成了其他新的Ｃ２ｎ－Ｘ－Ｃ２ｍ型分子，如Ｃ６０－Ｃ－Ｃ７０以及Ｃ７０－Ｏ－Ｃ７０。