纳米足球也有世界杯

作者: 王春儒

来源: 中国科学院化学研究所

发布日期: 2018-07-13 07:29:00

2018年俄罗斯世界杯期间,科学界也在进行一场“纳米足球”世界竞赛。富勒烯作为“纳米足球”,在科学研究中具有重要地位,其应用广泛,涉及能源、材料、医药等多个领域。中国在此领域表现突出,成为国际赛场上的强队之一。

2018年俄罗斯世界杯举世瞩目,现在已经进入关键的收官阶段,小小的足球牵动着全球各国人民的心。为精彩的进球而欢呼,为不应该的失球而惋惜。而大多数人不知道的是,与此同时在科学界也正有一场“纳米足球”世界竞赛正在拉开帷幕。

不过,与真正的足球世界杯不同,科学界的这个“纳米足球”比赛的时长不是短短的一个月,而是需要十几甚至几十年的宏大战役;参赛的选手也不再是身手矫健的运动员,而是换成了智慧超群的科学家;当然,比赛胜负也远不是简单几个球的输赢,而是数以万亿元计的庞大市场。值得说明的是,在这里中国队不再是场外的看客,而是运动场中数一数二的超级强队。

富勒烯是由纯碳元素构成的封闭笼状分子家族,典型的富勒烯分子C60由60个碳原子组成,有12个五元环和20个六元环。因为其形状与传统的足球完全相同,故被称为“纳米足球”。不过,纳米足球的尺寸比真正的足球小太多太多,一般标准的足球直径为22厘米,而“纳米足球”的直径约为1纳米。有人计算过,如果把“纳米足球”拿来与足球来比大小,其比例如同足球和地球相比差不多。

1985年,英国天文波谱学家Kroto,美国天文物理学家Curl和美国化学家Smalley等人经过讨论,决定在地球上模拟宇宙星云的环境,来看看能够产生些什么样的物质。他们根据前人对宇宙星云的研究,把宇宙星云的环境特点总结为两条,即高真空和高能量,而根据地球上丰富的碳元素分布,他们认为宇宙星云也应该含有大量的碳物质。

纳米足球具有完美的高度对称球形结构,每一个碳原子都与周围其他三个碳原子相联,所以在化学上没有悬挂键。这个特点使其在纳米尺度具有超级稳定性,可以在空气中稳定存在。此外,类似于苯分子的二维芳香性,富勒烯分子具有三维芳香性,整个富勒烯形成一个离域环绕球面的电子海洋,很容易进一步吸收电子。

目前,国际赛场上的强队包括中国队、美国队、日本队和欧洲队,各自都有自己的绝活,胜负一时难定。

其中,美国队占了先行之利,在富勒烯和金属富勒烯原料的生产与分离方面占有先机,在富勒烯的应用方面则率先推出了富勒烯润滑油,在金属富勒烯磁共振造影剂用于肿瘤诊断方面也居于国际前列;欧洲对于富勒烯的研发重视单分子器件的开发,包括单分子器件和量子计算机等,投入大,产出时间长,但一旦突破则必将石破天惊;日本队的绝活则是全面开花、多点布局,已经推出富勒烯化妆品、抗菌无纺布、高尔夫球杆、滤光片等产品,虽还没有成大气候,但发展前景不可小觑。

万人空巷的足球世界杯体现了足球征服世界的巨大魅力,而“纳米足球”富勒烯的魅力同样锐不可当。期待着目睹“纳米足球”世界杯的精彩连连,也期望中国队取得持续领先的好成绩!

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