納米技術王冠上的明珠——布基球

納米技術現在已經成為世界許多科學家爭先研究的領域，誰能在這塊賽場上稱雄呢？
那或許將決定未來國力的強弱。布基球作為納米技術在近十幾年最顯著的發展，其用途
越來越受到人們的關注。

瑞典皇家科學院把1996年諾貝爾化學獎授予美國賴斯大學教授羅伯特.柯爾和理查德.斯
莫利以及英國薩塞克斯大學教授哈羅德·克羅托，以表彰他們在1985年發現的碳的球狀
結構。皇家科學院的新聞公報說，三位學者在1985年一次大空碳分子實驗中偶然發現了
碳元素的新結構——富勒式結構，由60個以上的碳原子組成空心籠狀，其中由60個碳原
子組成的分子即碳60．形狀酷似足球，這種結構的碳又被稱為“布基球”。

科學家們多年夢寐以求製造一種有洞的分子來容納或者傳遞不同的原子、離子，碳60正
好圓了這個夢想。目前。科學家們正嘗試打開“球門”，把原子、離子摻雜其中，使之
成為能製取若干衍生物的分子容器以及放射性化合物的屏蔽體或給藥媒體等特異功能材
料。他們的這一發現開創了化學研究的新領域，對宇宙化學、超導、材料化學、材料物
理甚至醫學的研究有重大意義。目前新發表的化學論文中至少有三分之一涉及這一課題
。

最早提出納米技術想法的人是理查德.范曼。1959年，這位著名的美國物理學家在加利相
尼亞理工學院的一次非正式講話中慨要講述了納米技術的基本概念。但納米技術的真正
倡導者是一位並不很顯赫的，由工程師轉變而成的夢想家埃里克·德雷克斯勒。現年41
歲的德雷克斯勒在70年代中期還是麻省理工學院的一名大學生，他在科技圖書館裡讀到
遺傳工程的內容時產生了靈感。那時的生物學家們還在研究如何控制構成DNA鏈的分子。
德雷克斯勒想，為什麼不能用原子建造無機機器呢？直到後來他才知道，范曼幾乎在二
十年前就已經提出了類似的看法。這種想法讓德雷克斯勒着迷，到1977年畢業時，他已
經大大推進了這項研究。他想，為什麼不建造有自行複製能力的機器呢？一台機器會變
成兩台，兩台變成四台，然後再變成八台……這樣無窮地變下去。給那些能把簡單的原
料加工成特定非生物製品的機器加上這個功能，他認為唯一可能的結果就是它所帶來的
難以想像的財富。被德雷克斯勒稱為裝配工的小型機器人會給飢餓的人生產無窮數量的
食物，或者為無家可歸的人建造無數的房屋，它們還可以在人的血管里游戈並修復細胞
，從而可以防止疾病和衰老。實際上，人類有朝一日可以消遣放鬆一下，而納米機器人
則可以像科幻小說作家描寫的那樣承擔世界上所有的工作。當時多數主流科學家對此的
反應是：一派胡言！但布基球的誕生使研究人員開始着手做這件事。

詹姆斯.金澤夫斯基是IBM公司設在瑞士的蘇黎士研究實驗室的物理學家。他和同事一起
擺弄的一台掘進掃描園微鏡有極其纖細的探頭，能像盲人閱讀盲文那樣透過物質表面記
錄原子的存在。當他們發現顯微鏡的探頭還可以像犁一樣刮過原子團並留下細微的溝痕
後，為了取樂，便很快開始對單個原子如法炮製．他們甚至用35個氙原子拼出了IBM三個
英文字母。然後金澤夫斯基和他的幾個同事想到用一台隧道掃描顯微鏡（STM）和一些布
基球製作廠個能計算的機器。1996年11月他們推出了世界上第一台分子算盤。該算盤很
簡單——只是10個布基球沿銅質表面上的一條細微的溝排成一列。為了計算，金澤夫斯
基用隧道掃描顯微鏡的探頭把布基球拖來拖去。細溝實際上是銅表面自然出現的微小台
階，它們使金澤夫斯基可在室溫下演算。

理論上金澤夫斯基的算盤儲存信息的容量是常規電子計算機存儲器的10億倍。儘管在應
用上它還很煩瑣，但它顯示了科學家在處理十分微小的物體方面已經非常熟練——它甚
至可能是邁向製造出分子般大小的機器的第一步。移動單個分子或原子的技術是開發下
一代電子元件的關鍵，這一技術獲第八屆技術創新《發現》獎。

說到布基球，一定要談到它的兄弟布基管。納米管是碳分子材料，與布基球有着不同的
形狀、相似的性質，其大小處於毫微米級水平上。所以又稱為毫微管。它們的強度比鋼
高100倍，但重量只有鋼的六分之一。它們非常微小，5萬個並排起來才有人的一根頭髮
絲那麼寬。布基球和納米管都是在碳氣化成單個的原子後在真空或惰性氣體中凝聚而自
然形成的，這些碳原子凝聚結合時會組合成各種幾何圖形。布基球是五邊形和六邊形的
混合組合，不同的混合產生不同的形狀。然而，典型的納米管完全是由六邊形組成的—
—每一圈由十個六邊形組成，儘管也有其它的箏構。

布基球和布基管具有多種性質，科研人員一直在研究它們在激光、超導領域以及醫藥領
域的應用前景。並取得了不少成果。

對布基球理論的研究是利用布基球為基礎。法國和美國科學家發現，利用單層碳片做成
的單層納米碳管具有規則的結構和可預見的活動規律，這種極其細微的管子可用於許多
領域，包括從未來的電子裝置到超強材料。這一成果被美國《科學》雜誌評為1997年十
大科技突破之一。

美國加利福尼亞大學伯克利分校的一批化學家發表論文稱，他們在布基球分子中首次成
功地分離出了左旋分子和右旋分子。這是科學家第一次在由一種元素構成的分子中分離
出鏡像對稱形式的分子。

雖然布基球中最著名的是由60個碳原子構成的網格空心球狀分子，但由60個碳原子構成
的布基球（或稱碳60布基球分子）呈現出本身對稱較強的五面體或六面體形狀，所以，
加州大學的化學家選取了由76個碳原子構成的布基球（或稱碳76布基球分子）作為分離
左、右旋分子的研究對象。碳76布基球有着略顯扁圓的球形結構，不同於科學家現階段
已經研究過的其他布基球分子；這種布基球的不平衡形狀為其出現左、右旋分子的現象
創造了條件，也為科學家分離這兩種形式的分子提供了可能。