富勒烯豆荚：封装、合成与纳米技术应用
富勒烯豆荚
单壁碳纳米管（SWNT）形成受保护内腔，可填充富勒烯等分子。当C₆₀或其他富勒烯物种封装入SWNT内部，所得混合体称富勒烯豆荚。这些结构融合两者独特电子性质，展现维度依赖物理行为。
封装
富勒烯、内金属富勒烯、卤化碱金属均成功插入SWNT内部。封装物可修饰或增强宿主管力学电子特性，经热后处理可调控性质。如名古屋大学研究者将Gd掺杂C₈₂笼封入SWNT，实现足球烯电子结构可测位移。
合成
最常见为C₆₀豆荚。典型制备：混合纯化SWNT与C₆₀粉末，抽真空，加热超C₆₀升华点数天。虽有效但真空热法难规模化且易引入杂质富勒烯。
为减少杂质，典型清洗协议：真空加热烟灰，再用H₂O₂回流除非晶碳。所得SWNT现为封口缺陷丰富，压成薄黑纸，真空干燥，即可填充。
样品制备
电弧法商用SWCNT经重复高温空气酸洗、三次H₂O₂回流、HCl蚀刻纯化。过滤脱气后，SWNT纸即可按需蒸汽或溶剂填充，视所需富勒烯物种和管径分布而定。
填充方法
蒸汽填充
SWNT与富勒烯粉末封入石英安瓿，脱气，适度温度加热。产物经甲苯超声除未反应富勒烯，过滤，动态真空干燥。
溶剂填充
正己烷中混合SWNT与C₆₀/C₇₀。干燥除湿后超声部分溶解C₆₀。所得溶液回流、过滤，所得纸薄膜用甲苯洗或真空除表面吸附富勒烯。
应用
高温退火下，富勒烯豆荚转化为双壁碳纳米管（DWCNT），富勒烯聚结成内管。DWCNT保留宿主电子性质并具优越力学强度，吸引电子器件、扫描探针尖、场发射阴极、潜在量子计算元件。
含金属富勒烯豆荚因金属核与碳宿主电子转移展现带隙调制，赋能新型场效应晶体管设计。极端压力下，豆荚可作微型高压釜，促进受限空间反应。
纳米材料