纳米技术王冠上的明珠——布基球

纳米技术现在已经成为世界许多科学家争先研究的领域，谁能在这块赛场上称雄呢？
那或许将决定未来国力的强弱。布基球作为纳米技术在近十几年最显著的发展，其用途
越来越受到人们的关注。

瑞典皇家科学院把1996年诺贝尔化学奖授予美国赖斯大学教授罗伯特.柯尔和理查德.斯
莫利以及英国萨塞克斯大学教授哈罗德·克罗托，以表彰他们在1985年发现的碳的球状
结构。皇家科学院的新闻公报说，三位学者在1985年一次大空碳分子实验中偶然发现了
碳元素的新结构——富勒式结构，由60个以上的碳原子组成空心笼状，其中由60个碳原
子组成的分子即碳60．形状酷似足球，这种结构的碳又被称为“布基球”。

科学家们多年梦寐以求制造一种有洞的分子来容纳或者传递不同的原子、离子，碳60正
好圆了这个梦想。目前。科学家们正尝试打开“球门”，把原子、离子掺杂其中，使之
成为能制取若干衍生物的分子容器以及放射性化合物的屏蔽体或给药媒体等特异功能材
料。他们的这一发现开创了化学研究的新领域，对宇宙化学、超导、材料化学、材料物
理甚至医学的研究有重大意义。目前新发表的化学论文中至少有三分之一涉及这一课题
。

最早提出纳米技术想法的人是理查德.范曼。1959年，这位著名的美国物理学家在加利相
尼亚理工学院的一次非正式讲话中慨要讲述了纳米技术的基本概念。但纳米技术的真正
倡导者是一位并不很显赫的，由工程师转变而成的梦想家埃里克·德雷克斯勒。现年41
岁的德雷克斯勒在70年代中期还是麻省理工学院的一名大学生，他在科技图书馆里读到
遗传工程的内容时产生了灵感。那时的生物学家们还在研究如何控制构成DNA链的分子。
德雷克斯勒想，为什么不能用原子建造无机机器呢？直到后来他才知道，范曼几乎在二
十年前就已经提出了类似的看法。这种想法让德雷克斯勒着迷，到1977年毕业时，他已
经大大推进了这项研究。他想，为什么不建造有自行复制能力的机器呢？一台机器会变
成两台，两台变成四台，然后再变成八台……这样无穷地变下去。给那些能把简单的原
料加工成特定非生物制品的机器加上这个功能，他认为唯一可能的结果就是它所带来的
难以想像的财富。被德雷克斯勒称为装配工的小型机器人会给饥饿的人生产无穷数量的
食物，或者为无家可归的人建造无数的房屋，它们还可以在人的血管里游戈并修复细胞
，从而可以防止疾病和衰老。实际上，人类有朝一日可以消遣放松一下，而纳米机器人
则可以像科幻小说作家描写的那样承担世界上所有的工作。当时多数主流科学家对此的
反应是：一派胡言！但布基球的诞生使研究人员开始着手做这件事。

詹姆斯.金泽夫斯基是IBM公司设在瑞士的苏黎士研究实验室的物理学家。他和同事一起
摆弄的一台掘进扫描园微镜有极其纤细的探头，能像盲人阅读盲文那样透过物质表面记
录原子的存在。当他们发现显微镜的探头还可以像犁一样刮过原子团并留下细微的沟痕
后，为了取乐，便很快开始对单个原子如法炮制．他们甚至用35个氙原子拼出了IBM三个
英文字母。然后金泽夫斯基和他的几个同事想到用一台隧道扫描显微镜（STM）和一些布
基球制作厂个能计算的机器。1996年11月他们推出了世界上第一台分子算盘。该算盘很
简单——只是10个布基球沿铜质表面上的一条细微的沟排成一列。为了计算，金泽夫斯
基用隧道扫描显微镜的探头把布基球拖来拖去。细沟实际上是铜表面自然出现的微小台
阶，它们使金泽夫斯基可在室温下演算。

理论上金泽夫斯基的算盘储存信息的容量是常规电子计算机存储器的10亿倍。尽管在应
用上它还很烦琐，但它显示了科学家在处理十分微小的物体方面已经非常熟练——它甚
至可能是迈向制造出分子般大小的机器的第一步。移动单个分子或原子的技术是开发下
一代电子元件的关键，这一技术获第八届技术创新《发现》奖。

说到布基球，一定要谈到它的兄弟布基管。纳米管是碳分子材料，与布基球有着不同的
形状、相似的性质，其大小处于毫微米级水平上。所以又称为毫微管。它们的强度比钢
高100倍，但重量只有钢的六分之一。它们非常微小，5万个并排起来才有人的一根头发
丝那么宽。布基球和纳米管都是在碳气化成单个的原子后在真空或惰性气体中凝聚而自
然形成的，这些碳原子凝聚结合时会组合成各种几何图形。布基球是五边形和六边形的
混合组合，不同的混合产生不同的形状。然而，典型的纳米管完全是由六边形组成的—
—每一圈由十个六边形组成，尽管也有其它的筝构。

布基球和布基管具有多种性质，科研人员一直在研究它们在激光、超导领域以及医药领
域的应用前景。并取得了不少成果。

对布基球理论的研究是利用布基球为基础。法国和美国科学家发现，利用单层碳片做成
的单层纳米碳管具有规则的结构和可预见的活动规律，这种极其细微的管子可用于许多
领域，包括从未来的电子装置到超强材料。这一成果被美国《科学》杂志评为1997年十
大科技突破之一。

美国加利福尼亚大学伯克利分校的一批化学家发表论文称，他们在布基球分子中首次成
功地分离出了左旋分子和右旋分子。这是科学家第一次在由一种元素构成的分子中分离
出镜像对称形式的分子。

虽然布基球中最著名的是由60个碳原子构成的网格空心球状分子，但由60个碳原子构成
的布基球（或称碳60布基球分子）呈现出本身对称较强的五面体或六面体形状，所以，
加州大学的化学家选取了由76个碳原子构成的布基球（或称碳76布基球分子）作为分离
左、右旋分子的研究对象。碳76布基球有着略显扁圆的球形结构，不同于科学家现阶段
已经研究过的其他布基球分子；这种布基球的不平衡形状为其出现左、右旋分子的现象
创造了条件，也为科学家分离这两种形式的分子提供了可能。