中国科学院老科学技术工作者协会 

　　

　　2020年8月29日，三弧科创公司制备富勒烯C60实验设备验收会议在承德举行，中国科学院化学所机关和科研团队到场验收，中国科学院老科协力学所分会代表参加会议。三方一起见证电弧法制备富勒烯取得突破性进展。

　　富勒烯被称为“来自宇宙星云的礼物”，1985年实现人工合成。1996年，发现并合成富勒烯的三位科学家Curl，Smalley 和Kroto获得了诺贝尔化学奖。人类生存的地球罕见富勒烯，2010年科学家发现外太空存在富勒烯。有人说，“也许外太空的富勒烯为地球提供了生命的种子”。

　　从分子结构看，富勒烯是一族全碳原子构成的中空分子，呈球型、椭球型、柱型或管状。C60的60个碳原子构成20个六元环和12个五元环拼接成足球形“笼子”，也称“足球烯”。

　　奇特的分子结构，带来富勒烯奇特的物理、化学、生物学性质。人们惊喜发现，富勒烯在新能源、生物医药、军工国防、农业生物工程等领域有巨大应用价值，在不远的将来必将大放异彩！目前已成功研发富勒烯系列化妆品、富勒烯润滑油、富勒烯添加剂、富勒烯抗癌药物等，市场响应热烈。仅中科院化学所王春儒研发团队就已申请150余件生物医学方面的专利，在富勒烯医疗领域团队专利数世界第一！

　　高纯富勒烯生物相容性良好，但是制备富勒烯时难以避免的稠环芳香杂质却是有毒的。虽然C60是富勒烯家族中相对易得、易提纯和较廉价的一类，其制备依然困难重重。从燃烧法到电弧法，王春儒团队已经发展了三代规模制备技术，但是医药级富勒烯生产成本仍然高达每公斤百万元！

　　高纯C60的制备已成为推广应用富勒烯的瓶颈，掐脖子难关！

　　2017年，作为长期从事攻克航天器再入大气层热障、黑障技术实验研究的中国科学院力学研究所研究团队的一员，退休高级工程师、年过八旬的纪崇甲了解到这一情况，在参观现有电弧生产富勒烯装备时发现该电弧技术存在要害弱点，建议将多年积累研发的高品质电弧加热器等离子体炬用于制备高纯C60，并与王春儒团队达成战略合作协议。纪崇甲联合真空技术领先企业承德新新机械设备制造有限公司，成立三弧科创公司。三弧科创公司成立至今，纪崇甲没有领过任何工资报酬，他一心一意把自己的知识和经验传递给年轻人。2018年1月5日三弧科创与中国科学院化学研究所签订了富勒烯合成设备研发合同，开始了第四代富勒烯合成技术的艰难探索。

　　凭借纪崇甲的知识积累，三个月成功研发等离子体炬及其配套电源，四个月完成1.0型富勒烯设备的设计和制造，五个月反复摸索修改，三弧科创终于在2019年1月13日，在没有暖气的待拆迁厂房中首次成功合成富勒烯，产率约为0.5%；随即在2019年3月29日，将产率提升到1.5%。王春儒的评价是“第四代生产富勒烯技术获得突破，可望将富勒烯生产成本降低50%”，纪崇甲荣获“富勒烯科学奉献奖”。

　　本来，首型设备完善后即算完成合同了，但是，纪崇甲和承德的合作者不想止步。在力学所分会的安排下，他们参观力学所上世纪五、六十年代在钱学森等老一辈科学家率领下研发火箭的试验基地，参加力学所纪念郭永怀逝世50周年学术活动，决心弘扬“两弹一星”精神，挑战纳米世界难题。为了进一步提高产率、解决高温部件烧损、更换工作气体、实现连续生产等问题，他们筹划大改结构设计。2019年7月征得王春儒团队同意，8月完成设计，自筹经费于12月初建成2.0型富勒烯合成设备并投入试验，12月3日试验产率翻番，达到3%，12月17日提升到4%，2020年1月产率又翻番，达到6%。

　　在顽强拼搏中，纪崇甲和承德同伴已经锤炼成了不怕困难、奋发创新的团队。他们乘胜前进，面对突然袭来的新冠肺炎，防疫与创新两不误，再次升级改造，制成2.1型设备，在2020年6月产率又翻一番，达到12%，远远超过合同约定。

　　纪崇甲最新设计的等离子体炬的弧根温度达到10000，远高于石墨电极气化温度。由于等离子体炬采用压缩转移弧，除了提高了温度，同时提高了发生器的电弧功率。第三代电弧法技术中采用两个碳棒放电，这里的电弧功率仅为4kw，而三弧科创采用压缩弧的功率则大于20kW，显著提高了功率。因而使气化速度大大提高，产量也就大幅度提高了。这样就同时保证了制备富勒烯C60的产率和纯度。承德同伴完成的全套机电设计和精密制造，初步解决了连续生产的一系列难题，有望将高纯富勒烯的生产成本大幅降低。

　　这是中国科学院老科协力学分会成员学习实践钱学森工程科学思想的成果，是承德企业勇于承担创新主体责任、认真贯彻国家创新战略的成果，是化学所与三弧科创两个富勒烯研发团队精诚合作的成果。

　　祝愿他们在将富勒烯科研成果转化为生产力的努力中取得更大胜利！

 

　　纪崇甲（左）和王春儒签订战略合作协议（2017年10月17日）

　　

　　纪崇甲（前左）代表三弧科创在验收文件上签字（2020年8月29日）

 

　　签字仪式结束后纪崇甲和王春儒（右）在验收现场合影

　

　　（中科院老科协力学所分会 丁雁生供稿）