富勒烯(巴克球)是否有任何實際用途?我記得聽說它們可能被用來生產卓越的潤滑劑,例如。

富勒烯是一類非凡的分子,大量的碳分子被鎖定成大致球形的形狀。它們的結構大致類似於巴克敏斯特·富勒著名的網格圓頂的互鎖桁架,這就是這些分子被稱為富勒烯或巴克球的原因。雖然它們從純科學的角度來看很吸引人,但它們的實用價值並不那麼明確。

約翰·H·韋弗是明尼蘇達大學化學工程和材料科學系電子材料小組的負責人;他最近被《研發雜誌》評為1997年度科學家。韋弗描述了目前對這個話題的看法:

“自從沃爾夫岡·克拉奇默和唐納德·R·霍夫曼首次展示了大量生產這些分子的方法以來(見他們在《自然》雜誌上的文章,第347卷,第354-358頁;1990年9月27日),人們對富勒烯(巴克球)的實際應用產生了相當大的興趣。像這裡提出的問題一樣,它挑戰著材料研究人員和研發界去利用新的機遇。與此同時,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),關於富勒烯的潛在用途有很多推測。畢竟,它們代表了一種意想不到的新形式的結晶碳(與石墨和金剛石並列,兩者都有許多商業用途);它們具有優雅的形狀(由60個碳原子組成的C60具有足球形狀);而且它們是空心的(這表明它們可以被填充)。這些全碳分子吸引了科學家和外行人的注意,並受到了大眾媒體的廣泛報道。在科學會議上,總會有人問到這些奇異分子的應用。研究人員通常會試圖保持樂觀,同時保持謹慎和小心——畢竟,誰能清楚地看到未來?然而,有很多炒作,隨著媒體試圖找到朗朗上口的短語來描述富勒烯的性質和潛力,一些相當誇張的想象也浮出水面。

“迄今為止,還沒有基於富勒烯的產品產生重大經濟影響。但這並不是說永遠不會出現這樣的產品。這只是說,富勒烯材料研究領域還很年輕,仍然有待探索和利用的機會,而且從發現到廣泛應用需要時間。例如,從首次演示基於半導體的電子裝置到商業產品中的電晶體和積體電路,就花了幾年的時間。

“對於富勒烯來說,從發現到應用的過渡與其他材料相關的突破不同。例如,回顧一下十年前銅酸鹽(在相對高溫下能夠無電阻導電的含銅材料)的超導性發現,從一開始就很清楚,一旦克服成本和技術問題,這些材料就會在載流應用中找到市場。而對於富勒烯,其應用是什麼仍然存在根本的不確定性。例如,它們在作為電導體和潤滑劑方面顯示出一定的潛力,但目前尚不清楚這些特效能夠被多有效地利用。”

“富勒烯可以透過兩種方式形成有競爭力的產品的基礎。首先,它們可能會表現出一種非常顯著的特性,以至於它們可以被用來創造出與市場上現有產品不同的產品。一旦這種革命性的產品被展示出來,與製造富勒烯相關的成本將透過擴大規模化生產而降低。困難的部分一直是為富勒烯想出這樣一個獨特的應用。

“商業化的第二條途徑是透過與現有產品的競爭。在這種情況下,新產品必須更好、更便宜、對環境的危害更小,或者在其他方面優於目前可用的產品。雖然研究人員不乏富勒烯用途的想法,但這些想法都尚未被證明具有商業競爭力。畢竟,我們已經有有效的潤滑劑、不斷改進的超導體等等。”

“許多非常聰明的人目前正在研究富勒烯可能的商業用途。可能馬上就會出現突破,但應用領域可能會在披露突破之前確立財產權。在網際網路上使用關鍵詞“富勒烯專利”進行快速搜尋會返回許多結果,而進入富勒烯專利資料庫會得到一份截至1996年已授予的149項相關專利的列表。

“在考慮富勒烯的最終實際影響時,重要的是我們不要把眼光放得太狹隘。例如,富勒烯研究的一個直接結果是發現了碳基奈米管。[編者注:這些結構是碳原子的晶體陣列形成微小的空心圓柱體的結構。]這些結構是另一種新型分子結構的例子,透過豐富的想象力,它可能會帶來商業產品——也許是透過幫助在原子尺度上研究和操縱材料來實現。如果不是因為富勒烯的發現,基於奈米管的技術可能永遠不會出現。這就是科學的聯絡性。”

“今天是否有公認的富勒烯應用可以保證在2050年左右對我們孩子的生活產生影響?據我所知沒有。但是,這樣的應用最終會出現嗎?我感到它們會的。順便說一句,在《星際迷航:下一代》中有一個場景,沃夫的兒子亞歷山大在化學課上製作了富勒烯,並將其裝滿了水。這個24世紀的科學實驗可能不構成應用,但另一集《星際迷航》提到了在通訊器中使用C70(一種70個原子的富勒烯)。”

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