富勒烯(巴克球)是否有任何实际用途?我记得听说它们可能被用来生产卓越的润滑剂,例如。

富勒烯是一类非凡的分子,大量的碳分子被锁定成大致球形的形状。它们的结构大致类似于巴克敏斯特·富勒著名的网格圆顶的互锁桁架,这就是这些分子被称为富勒烯或巴克球的原因。虽然它们从纯科学的角度来看很吸引人,但它们的实用价值并不那么明确。

约翰·H·韦弗是明尼苏达大学化学工程和材料科学系电子材料小组的负责人;他最近被《研发杂志》评为1997年度科学家。韦弗描述了目前对这个话题的看法:

“自从沃尔夫冈·克拉奇默和唐纳德·R·霍夫曼首次展示了大量生产这些分子的方法以来(见他们在《自然》杂志上的文章,第347卷,第354-358页;1990年9月27日),人们对富勒烯(巴克球)的实际应用产生了相当大的兴趣。像这里提出的问题一样,它挑战着材料研究人员和研发界去利用新的机遇。与此同时,如果答案是“尚未”也不要太失望。


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“在早期(1990年和1991年),关于富勒烯的潜在用途有很多推测。毕竟,它们代表了一种意想不到的新形式的结晶碳(与石墨和金刚石并列,两者都有许多商业用途);它们具有优雅的形状(由60个碳原子组成的C60具有足球形状);而且它们是空心的(这表明它们可以被填充)。这些全碳分子吸引了科学家和外行人的注意,并受到了大众媒体的广泛报道。在科学会议上,总会有人问到这些奇异分子的应用。研究人员通常会试图保持乐观,同时保持谨慎和小心——毕竟,谁能清楚地看到未来?然而,有很多炒作,随着媒体试图找到朗朗上口的短语来描述富勒烯的性质和潜力,一些相当夸张的想象也浮出水面。

“迄今为止,还没有基于富勒烯的产品产生重大经济影响。但这并不是说永远不会出现这样的产品。这只是说,富勒烯材料研究领域还很年轻,仍然有待探索和利用的机会,而且从发现到广泛应用需要时间。例如,从首次演示基于半导体的电子设备到商业产品中的晶体管和集成电路,就花了几年的时间。

“对于富勒烯来说,从发现到应用的过渡与其他材料相关的突破不同。例如,回顾一下十年前铜酸盐(在相对高温下能够无电阻导电的含铜材料)的超导性发现,从一开始就很清楚,一旦克服成本和技术问题,这些材料就会在载流应用中找到市场。而对于富勒烯,其应用是什么仍然存在根本的不确定性。例如,它们在作为电导体和润滑剂方面显示出一定的潜力,但目前尚不清楚这些特性能够被多有效地利用。”

“富勒烯可以通过两种方式形成有竞争力的产品的基础。首先,它们可能会表现出一种非常显著的特性,以至于它们可以被用来创造出与市场上现有产品不同的产品。一旦这种革命性的产品被展示出来,与制造富勒烯相关的成本将通过扩大规模化生产而降低。困难的部分一直是为富勒烯想出这样一个独特的应用。

“商业化的第二条途径是通过与现有产品的竞争。在这种情况下,新产品必须更好、更便宜、对环境的危害更小,或者在其他方面优于目前可用的产品。虽然研究人员不乏富勒烯用途的想法,但这些想法都尚未被证明具有商业竞争力。毕竟,我们已经有有效的润滑剂、不断改进的超导体等等。”

“许多非常聪明的人目前正在研究富勒烯可能的商业用途。可能马上就会出现突破,但应用领域可能会在披露突破之前确立财产权。在互联网上使用关键词“富勒烯专利”进行快速搜索会返回许多结果,而进入富勒烯专利数据库会得到一份截至1996年已授予的149项相关专利的列表。

“在考虑富勒烯的最终实际影响时,重要的是我们不要把眼光放得太狭隘。例如,富勒烯研究的一个直接结果是发现了碳基纳米管。[编者注:这些结构是碳原子的晶体阵列形成微小的空心圆柱体的结构。]这些结构是另一种新型分子结构的例子,通过丰富的想象力,它可能会带来商业产品——也许是通过帮助在原子尺度上研究和操纵材料来实现。如果不是因为富勒烯的发现,基于纳米管的技术可能永远不会出现。这就是科学的联系性。”

“今天是否有公认的富勒烯应用可以保证在2050年左右对我们孩子的生活产生影响?据我所知没有。但是,这样的应用最终会出现吗?我感到它们会的。顺便说一句,在《星际迷航:下一代》中有一个场景,沃夫的儿子亚历山大在化学课上制作了富勒烯,并将其装满了水。这个24世纪的科学实验可能不构成应用,但另一集《星际迷航》提到了在通讯器中使用C70(一种70个原子的富勒烯)。”

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