近日，英國《每日電訊報(bào)》網(wǎng)站報(bào)道，牛津大學(xué)的碳材料設(shè)計(jì)公司在生產(chǎn)“內(nèi)嵌富勒烯”材料。該公司以2.2萬英鎊賣出了第一批200微克的“內(nèi)嵌富勒烯”材料，相當(dāng)于每克價(jià)值1億英鎊。有媒體將之稱為世界最貴材料。

“內(nèi)嵌富勒烯”材料為什么這么貴？

富勒烯是在石墨、鉆石之后被發(fā)現(xiàn)的單質(zhì)碳的第三種同素異形體。1985年英國化學(xué)家哈羅德·沃特爾·克羅托和美國科學(xué)家理查德·斯莫利發(fā)現(xiàn)了富勒烯C60，并提出了其籠型結(jié)構(gòu)；1990年，德國科學(xué)家首次合成了克級(jí)C60分子。那么牛津大學(xué)科學(xué)家生產(chǎn)的“內(nèi)嵌富勒烯”材料有何獨(dú)特之處，為什么這么貴？

中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員、科技部納米重大科學(xué)研究計(jì)劃首席科學(xué)家王春儒告訴科技日?qǐng)?bào)記者，內(nèi)嵌有氮原子的內(nèi)嵌富勒烯生產(chǎn)難、分離難、保存難，所以才特別昂貴。這種分子生產(chǎn)難度非常大，一般是在室溫下用氮離子轟擊C60的方法制得的，大多數(shù)氮離子或者擊不破C60碳籠，或者把碳籠打碎，只有極少數(shù)能量合適，轟擊角度正好的氮原子才能夠擊破碳籠，剛好耗盡氮離子能量，而后碳籠又自己修復(fù)好，才能得到氮內(nèi)嵌富勒烯；而把這生產(chǎn)出來的不到萬分之一的氮內(nèi)嵌富勒烯從其他C60中分離出來并純化，也是一個(gè)極其艱巨的任務(wù)。最后，內(nèi)嵌有氮原子的富勒烯不太穩(wěn)定，保存起來也非常困難。

“一個(gè)單個(gè)的氮原子非常容易活潑，如果沒有富勒烯C60這個(gè)碳籠對(duì)他進(jìn)行保護(hù)，瞬間就會(huì)與其他物質(zhì)反應(yīng)，所以是一個(gè)極其不穩(wěn)定的自由基。”王春儒說，“將氮原子放進(jìn)富勒烯碳籠里面之后，如果沒有外界的打擾，它就會(huì)長(zhǎng)期保持穩(wěn)定；而如果一旦受到光、熱等因素的影響，它就會(huì)從籠子里跑掉,所以保存氮內(nèi)嵌富勒烯必須避光和低溫。”

或?qū)㈤_啟手機(jī)導(dǎo)航革命

牛津大學(xué)碳材料設(shè)計(jì)公司創(chuàng)始人、納米材料科學(xué)家基里亞克斯·波爾菲拉基斯博士說：“內(nèi)嵌富勒烯材料將被用來制造小型便攜式原子鐘。想象一下可以隨身攜帶在智能手機(jī)里的微型原子鐘，這是下一場(chǎng)手機(jī)革命。”

事實(shí)上，他所說的革命應(yīng)該是手機(jī)導(dǎo)航的革命。“據(jù)我理解，他所謂的手機(jī)革命實(shí)際上是指該種材料用于手機(jī)導(dǎo)航定位的功能，它能夠提高手機(jī)定位精度，用于手機(jī)高精度定位。” 王春儒說，“導(dǎo)航定位與時(shí)間的精度密切相關(guān)?；飦喛怂?middot;波爾菲拉基斯博士的意思是將高精度的氮內(nèi)嵌富勒烯原子鐘內(nèi)嵌到手機(jī)里面，可能會(huì)將手機(jī)的GPS導(dǎo)航精確到1毫米，如果真的能夠?qū)崿F(xiàn)，確實(shí)稱得上是手機(jī)導(dǎo)航的革命。”

應(yīng)用領(lǐng)域尚待開發(fā)

據(jù)王春儒介紹，由于這種氮內(nèi)嵌富勒烯材料如此昂貴，現(xiàn)在能應(yīng)用的領(lǐng)域其實(shí)也很有限，必須是不可替代的應(yīng)用才能夠體現(xiàn)其價(jià)值。現(xiàn)在能想到的最主要的應(yīng)用就是高精度定位，在其他領(lǐng)域很難想象的到能將這種材料用于大規(guī)模應(yīng)用。

“其實(shí)十幾年前，歐洲國家就曾經(jīng)投入大量資金用于這種內(nèi)嵌富勒烯材料的制備與分離，那時(shí)主要是用于量子計(jì)算機(jī)的研制，但是主要因?yàn)檫@種材料特別難制備和穩(wěn)定性較差，所以一直沒有付諸實(shí)用。” 王春儒說，“英國科學(xué)家研發(fā)的氮內(nèi)嵌富勒烯材料能夠制作高精度的原子鐘，理論上是有可能的。但是我認(rèn)為這也不是短時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)，可能還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展，比如如何克服這種材料怕光怕熱的特性，在原子鐘的制備和使用中一直保持材料的穩(wěn)定，至關(guān)重要。”