碳的同素异形体的结构示意图[8]

1.2.1 富勒烯

之前提到的C60即是富勒烯，它最早是在天文学界被发现的，天体学家在模拟研究星际空间和恒星周围空间的那些呈链状的碳原子簇，在尝试各种制备方法来研究其机制时被发掘出来。在英国物理学家哈罗德•沃特尔•克罗托的帮助下，美国化学家理查德•斯莫利及其助手于1985年8月使用大功率激光器进行蒸发石墨，在精确控制试验条件的情况下，让产生的原子团簇碰撞，发现质谱仪上有原子量分别为720和840的特征峰获得了C60和C70。因为C60的立体结构与现代足球的花样分布极其相似，因而被人们称为“足球烯”，另外C60分子的稳定性能用布克米尼斯特·富勒(Buckminster Fuller)启发的短程线圆顶结构进行解释，正由于富勒的启示起到了关键作用，他们一致同意用他的姓名外加一个词尾-ene来命名C60和其一系列碳原子簇的名称，所以又命名为Buckminsterfullerene，简称Fullerene（富勒烯）[9]，其结构如图1.2所示。

1.2.2 碳纳米管

饭岛澄男博士于1991年在使用高分辨率的透射电镜观察电弧蒸发之后产生在石墨阴极上的硬质沉积物质实验的时候，无意间发现了石墨阴极上那堆碳黑是由一些由直径大约为430nm，长约几微米、大概2~50个同心管组成的针状物质，这即是如今被科学界广泛关注的碳纳米管，如图1.3所示其微观组织。这是在克罗托和斯莫利等人发现富勒烯之后又一里程碑式的发现。