美学者揭秘诺贝尔奖的经典发现：碳60的“收缩胶膜”形成

当Harold Kroto、 Robert Curl和后来的Richard Smalley因在1985年发现了碳60而在1996赢得诺贝尔奖时，他们思索着他们是如何相信碳60被发现。这三个人把这些以连锁五角形排列的中空球形碳60称为“富勒烯”(有时称“巴基球”)，以表示他们与巴克敏斯特·富勒发明的测地学圆顶类似。他们称富勒烯的构造方法为“收缩胶膜”，这是因为他们认为富勒烯是从数层超薄材料“graphene ”开始的，该材料被包裹进由上千或更多的原子组成的巨大球形中，然后通过“蒸发”摆脱原子，直到它们达到了可能的最小形态—碳60。 遗憾的是，就在Smalley于2005去世的时候，收缩胶膜的假设还没有得到确定，但是，现在Sandia国家实验室声称他们已经就这一假说获得了实验验证。

“由于它们太小—只有几纳米—没有人能观察到巴基球的形成。因此，收缩胶膜的假说仍然不确定的这一事实促使其他人提出了多种替代理论，” Sandia国家实验室研究人员 Jianyu Huang说，“然而，眼见为实，现在我们拥有首家关于富勒烯的形成过程视频，显示通过蒸发形成的巨大富勒烯的收缩胶膜。”

观察富勒烯形成的困难在于，在这样一个高温下，一直都无法让它们保持静止以获得关于它们的照片。通过把它们包含在一种多壁纳米管里，在获得视频图像之前，使它们保持静止，Huang解决了这个问题。他采用了一种高分辨率传输电子显微镜进行了这项观察。

然而，Huang在进行这项观察时没有能证明收缩胶膜理论，而是当他在观看富勒烯在多壁纳米管内形成时，对纳米管的耐久性进行了描述。

“当我研究多壁纳米管在高温下的稳定性时，我偶然发现了这些巴基球的形成，” Huang说。

在2000摄氏度时，多壁纳米管的内壁测量到的直径为10纳米，它开始脱层。因为脱层—每个极微薄的富勒烯层—它们在纳米管内部脱落，因此部分开始卷起成为球形。这些卷起的球形成为每个有超过上千个碳原子组成的巨大的富勒烯。然而，高温蒸发致使它们迅速地摆脱原子，同时保持它们的五角形结构，直到它们达到碳60这样可能是最小的体积，此后它们在极高的热度下又被分解。

除了确定了富勒烯的收缩胶膜构成方法外，Huang和他在莱斯大学的同事(材料科学教授Boris Yakobson, 研究助理Feng Ding和博士研究生Kun Jiao)称，他们的研究结果也说明各种大小的富勒烯，有朝一日可能会被构建而成。

Huang说，“我们的工作为制造用于不同应用的、不同大小的富勒烯提出了可能的路径，这些应用从制作电子装置到为能量储存提供媒介。”

因为大的富勒烯能把其它的物质包含在它们中空的内核里，同时把这些物质完全地隔离于它们的环境之外，巨大的富勒烯可能某一天会充满氢气，作为能量储存库为氢燃料电池提供服务。

Yakobson在莱斯大学的工作小组以前就曾预言Huang的观察采用了复杂的计算机模拟，但是，Huang的观察是首次直接的实验验证，证明他们的模型是正确的。目前该工作小组正在扩展这一计算机模型，把Huang的新数据也结合进来，并研究其控制机制，这样就可以针对不同的应用构建不同大小的富勒烯。