檸檬夸克

2014年6月26日，《新聞聯(lián)播》節(jié)目少見地報道了一條科技新聞：我國科學家在新材料領域取得了世界級研究成果。北京大學李彥教授和她的課題組首次提出碳納米管生長規(guī)律的控制方法，這一成果發(fā)表在當日出版的權威學術期刊《自然》雜志上。

能上《新聞聯(lián)播》的，肯定是國內外大事！看來這位李教授的研究很了不起，可到底“了不起”在什么地方呢？碳納米管又是神馬東東？哈哈，兒童相見不相識，千萬別說你不認識它，它經常會在你的化學考卷里露一臉。

一個球和一個管的故事

碳納米管，顧名思義，由碳原子組成，它的大小是納米——也就是10-9米數量級，形狀呈管狀。區(qū)區(qū)四個字的名字，涵蓋了三個性質，這的確是一個好名字。不過，你知道嗎？碳納米管還有一個名字叫巴基管，這個名字聽上去可就土多了，它來源于一個人的名字，這個人叫做巴基·富勒。

巴基·富勒是一個建筑師，以設計未來時代的城市著稱。他的代表作艾波卡特坐落于美國佛羅里達州的迪斯尼世界度假區(qū)，是這個度假區(qū)內除迪斯尼外的第二座主題樂園——未來城市主題樂園。艾波卡特在1982年10月正式開幕，建筑的整體由一個巨大的網格球頂型包裹，周圍也都是同樣未來派風格的建筑。

在艾波卡特落成后的第3年，1985年，英國化學家哈羅德·克羅托和美國化學家理查德·斯莫利制備出了一種很特別的物質。這種物質的分子由60個碳原子組成，這60個碳原子組成一個足球的形狀?？瓷先ズ桶ㄌ厝绱酥瘢偌由峡肆_托和斯莫利又是巴基·富勒的超級粉絲，于是這種新的物質被命名為富勒烯。在我國，也有人稱這種物質為巴基球或足球烯。

我們知道，碳是地球上最重要的元素之一。所有的生物，包括我們人類的身體里，都充滿了碳元素?；瘜W家們?yōu)榱搜芯刻己吞嫉幕衔铮瑢ｉT開辟了有機化學這一重要的化學領域。化學家們很早就知道，純凈的碳有兩種不同的形態(tài)——金剛石和石墨，所謂金剛石，就是女士們手上戴著的閃閃發(fā)光的鉆石；而石墨，是一種黑黑的粉末，是鉛筆芯的主要材料。

看上去如此不同的兩樣東西，居然都是由碳組成的，可見碳的神奇！然而事情還沒有完，克羅托和斯莫利的工作帶給我們一種全新的認知，碳原子居然還能排列成這個樣子！

富勒烯的發(fā)現(xiàn)開闊了人們的視野，科學家們開始尋找碳的其他組合方式。功夫不負有心人，1991年，日本物理學家飯島澄男發(fā)現(xiàn)了管狀的富勒烯。既然球狀的叫巴基球，干脆管狀的就叫巴基管吧。這就是我們前面講到的碳納米管。在碳納米管中，每一個碳原子都和其他碳原子一起組成六邊形，所有的六邊形連接在一起，形成一個管狀結構。

制造碳納米管的最大難題

碳納米管是一種“超級材料”，它的強度是鋼材的300倍，而密度僅僅是鋼材的1/6，而且它還擁有良好的柔韌性，可以隨意拉伸，被譽為“全能纖維”。碳納米管有良好的導熱性和導電性，也許在不久的將來，它可以取代硅成為計算機芯片的主要材料。

雖然全能，可目前的碳納米管還只能在實驗室中拳打腳踢施展武藝。之所以會這樣，是因為想要制造一個碳納米管實在太困難了！前面那張圖里的碳納米管是一種完美的形狀，每個碳原子都和其他的碳原子組成六邊形?？墒窃趯嶋H制造碳納米管的過程中，可沒有那么完美了，五邊形、六邊形、七邊形……一個個長得都歪瓜裂棗。這些碳原子會隨機組成各種不同的組合，這些不確定的組合會嚴重影響碳納米管的性質！人們不知道如何來控制碳納米管的結構，從而得到性能穩(wěn)定的成品。這個問題一直困擾了人們20多年。

李彥教授和她的課題組找到了一種很好的方法，可以控制碳納米管的結構，從而生產出完美的全部六邊形的碳納米管。這一發(fā)現(xiàn)，無疑為碳納米管的深度開發(fā)應用奠定了基礎。

“全能纖維”也有不少缺點

作為一種超級材料，碳納米管的應用，無疑能給我們的生活帶來很多的便利。不過它也有很多不好的地方。

首先，它能引起我們眼睛的不適，讓我們的皮膚過敏，如果我們吸入過多的碳納米管，還可能導致肺癌、塵肺等疾病。其次，它會引起水生生物的生長變慢，甚至死亡。再次，它的結構并不是十分穩(wěn)定，它會吸附周圍的物質從而引起自身結構的改變，這些改變會不會產生一些有毒有害的物質，還需要進一步研究。

相信將來人們一定會想辦法改進碳納米管的性質，使它更多地造福人類。