Có hai họ fullerene, với các tính chất và ứng dụng khá khác biệt: buckyball kín và ống nano carbon hình trụ kết thúc mở. [21] Tuy nhiên, các cấu trúc lai tồn tại giữa hai lớp đó, chẳng hạn như các ống nano carbon - ống nano được phủ bởi các lưới bán cầu hoặc "bucky miếng" lớn hơn.

Buckyball

C60 với bề mặt cân bằng của mật độ electron trạng thái mặt đất như được tính toán vớiDFTGóc nhìn của C60, một loại fullerene

Buckminsterfullerene

Bài viết chính: Buckminsterfullerene

Buckminsterfullerene là phân tử fullerene nhỏ nhất chứa các vòng ngũ giác và lục giác trong đó không có hai hình ngũ giác có chung một cạnh (có thể gây bất ổn, như trong pentalene). Nó cũng phổ biến nhất về sự xuất hiện tự nhiên, vì nó thường có thể được tìm thấy trong bồ hóng.

Công thức thực nghiệm của buckminsterfullerene là C

60 và cấu trúc của nó là một khốihình chữ nhật bị cắt cụt, giống như mộtquả bóng đá liên kếtloại được tạo thành từ hai mươi hình lục giác và mười hai hình ngũ giác, với một nguyên tử carbon ở các đỉnh của mỗi đa giác và liên kết dọc theo mỗi cạnh của đa giác.

Các van der Waals đường kính của một phân tử Buckminsterfullerene là khoảng 1,1 nanomet (nm). [22] Đường kính hạt nhân đến hạt nhân của một phân tử buckminsterfullerene là khoảng 0,71 nm.

Phân tử buckminsterfullerene có hai độ dài liên kết. Liên kết vòng 6: 6 (giữa hai hình lục giác) có thể được coi là " liên kết đôi " và ngắn hơn liên kết 6: 5 (giữa hình lục giác và hình ngũ giác). Chiều dài trái phiếu trung bình của nó là 1,4 angstroms.

Fullerenes khác

Một fullerene khá phổ biến khác có công thức thực nghiệm C

70, [23] nhưng fullerene với 72, 76, 84 và thậm chí lên tới 100 nguyên tử carbon thường thu được.

Fullerene nhỏ nhất có thể là dodecah thờ C

20. Không có fullerene với 22 đỉnh. [24] Số lượng fullerene khác nhau C2ntăng lên khi tăngn = 12, 13, 14,..., tỷ lệ xấp xỉ vớin9(trình tự A007894 trongOEIS). Ví dụ, có 1812 fullerenes không đẳng cấuC

60. Lưu ý rằng chỉ có một dạngC

60, buckminsterfullerene, không có cặp ngũ giác liền kề (loại fullerene nhỏ nhất như vậy). Để minh họa rõ hơn cho sự tăng trưởng, có 214.127.713 fullerenes không đẳng cấuC

200, 15.655.672 trong số đó không có hình ngũ giác liền kề. Cấu trúc tối ưu hóa của nhiều đồng phân fullerene được công bố và liệt kê trên web. [25]

Heterofullerenes có các dị hợp thay thế các nguyên tử cacbon trong các cấu trúc lồng hoặc hình ống. Chúng được phát hiện vào năm 1993 [26] và mở rộng đáng kể lớp hợp chất fullerene tổng thể. Các ví dụ đáng chú ý bao gồm boron, nitơ (azafullerene), oxy và các dẫn xuất phốt pho.

Vật liệu nano carbon Trimetasphere được phát hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Virginia Tech và được cấp phép độc quyền cho Luna Innovations. Lớp phân tử mới này bao gồm 80 nguyên tử carbon (C

80) tạo thành một khối cầu bao gồm phức hợp gồm ba nguyên tử kim loại và một nguyên tử nitơ. Những fullerene này đóng gói các kim loại đặt chúng trong tập hợp con được gọi làmetallicofullerenes. Trimetaspheres có tiềm năng sử dụng trong chẩn đoán (như các tác nhân hình ảnh an toàn), trị liệu[27] và trong các pin mặt trời hữu cơ. [28]

Ống nano carbon

Mô hình xoay của ống nano carbon nàycho thấy cấu trúc 3D của nó.

Ống nano carbon là fullerene hình trụ. Những ống carbon này thường chỉ rộng vài nanomet, nhưng chúng có thể có chiều dài từ dưới một micromet đến vài mm chiều dài. Chúng thường có kết thúc khép kín, nhưng cũng có thể là kết thúc mở. Cũng có trường hợp ống giảm đường kính trước khi đóng. Cấu trúc phân tử độc đáo của chúng dẫn đến các đặc tính vĩ mô phi thường, bao gồm độ bền kéo cao, độ dẫn điện cao, độ dẻo cao, độ dẫn nhiệt cao và không hoạt động hóa họctương đối (vì nó là hình trụ và "phẳng" - nghĩa là nó không có các nguyên tử "tiếp xúc" có thể dễ dàng thay thế). Một đề xuất sử dụng ống nano carbon là trongpin giấy, được phát triển vào năm 2007 bởi các nhà nghiên cứu tại Học viện Bách khoa Rensselaer. [29] Một ứng dụng được đề xuất mang tính đầu cơ cao khác trong lĩnh vực công nghệ vũ trụ là sản xuất cáp carbon có độ bền kéo cao theo yêu cầu của thang máy không gian.