亦刚亦柔碳变化多端(图)

宋世锋
　　富勒烯模拟图。

　　从坚硬的金刚石到柔软的石墨，生活中最常见的碳变化多端，二氧化碳等由它所构成的化合物还是温室效应的罪魁祸首。因为在碳身上的新发现，已经造就了两个诺贝尔奖。

　　金刚石

　　非常坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，成空间网状结构，最终形成了一种硬度大、活性差的固体。金刚石的熔点超过3500℃，相当于某些恒星表面温度。主要作用是当作钻石等装饰品，或者用于切割金属材料等。

　　石墨

　　石墨是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。虽然同为碳所构成，但它与金刚石差别巨大。石墨质地非常柔软，有滑腻感，具有优良的导电性能。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层之间键合比较脆弱，因此层与层之间容易被滑动而分开。主要作用是制作铅笔、电极、电车缆线等。

　　巴基球

　　美国科学家柯尔、克罗托和英国科学家莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60，他们因此获得1996年诺贝尔化学奖。

　　C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。它比钻石还硬，轫度比钢强100倍，导电性比铜强，重量只有铜的六分之一。科学家已经用它合成了1000多种新的化合物，在电子、生命科学、医学、天体物理等领域都有重要意义。

　　C60有一个别名叫“富勒烯”，这是因为它的外形结构很像美国建筑师巴克明斯特·富勒1967年设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑。还有人用富勒的名字的词头Buck来命名，称为Buckyball，中译名为“巴基球”。由于这种分子的外形很像足球，因此又被称为“足球烯” 。

　　碳纳米管

　　1991年，日本NEC公司的饭岛纯雄首次利用电子显微镜观察到中空的碳纤维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管”。理论分析和实验观察认为它是一种由六角网状的石墨烯片卷成的具有螺旋周期管状结构。碳纳米管独特的一维管状分子结构及优良的弹性，使它成为一种极佳的纤维材料，在建筑、汽车和航空航天等领域中将有广泛应用。正是由于饭岛的发现才真正引发了碳纳米管研究的热潮和近十年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。

　　宋世锋 新华社 中新