納米技術如今成了科學研究領域的熱門,成為世界許多國家科學家競相研究的領域。神奇的納米技術真可以說是引發了人類科技領域的一場革命,那麼是什麼點燃了這場革命的導火索呢?這裏還不得不提到明星分子——巴基球。
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年一次太空碳分子實驗中偶然發現了碳元素的新結構——富勒式結陶,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,人們給它取了一個名字叫巴基球,用來表示。巴基球的直徑隻有07納米,算得上是真正的納米顆粒。
科學家們多年夢寐以求,希望製造一種有洞的分子來容納或者傳遞不同的原子、離子,巴基球正好圓了這一夢想。目前,科學家們正嚐試打開“球門”,把原子、離子摻雜其中,使之成為能製取若幹新型物質的分子容器。三位諾貝爾獎獲得者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、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很大一部分都涉及這一課題。
但納米技術的真正倡導者是一位並不很出名的工程師埃裏克·德雷克斯勒。德雷克斯勒在20世紀70年代中期還是麻省理工學院的一名大學生,他在科技圖書館裏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製構成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,費曼幾乎在20年前就已經提出了類似的看法。這種想法讓德雷克斯勒著迷,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製品的機器加上這個功能,會給饑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裏遊弋並修複細胞,從而可以防止疾病和衰老。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。然而當時多數主流科學家對此的反應是:一派胡言!但巴基球的誕生使研究人員開始著手做這件事。
詹姆斯·金澤夫斯基是IBM公司設在瑞士的蘇黎世研究實驗室的物理學家。他和同事一起擺弄的一台隧道掃描顯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麵記錄原子的存在。他們不但用35個氙原子拚出了IBM三個英文字母,而且他和他的幾個同事還想用一台隧道掃描顯微鏡(STM)和一些巴基球製作一個能計算的機器。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,隻是10個巴基球沿銅質表麵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巴基球拖來拖去,細溝實際上是銅表麵啟然出現的微小台階,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。盡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麵已經非常熟練。這個工作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。
說到巴基球,一定要談到它的兄弟巴基管。巴基管是碳分子材料,與巴基球有著不同的形狀、相似的性質,其大小處於納米級水平上,所以又稱為納米管。它們的強度比鋼高100倍,但重量隻有鋼的1/6。它們非常微小,5萬個並排起來才有人的一根頭發絲那麼寬。巴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。巴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,當然也有其他的結構。巴基球和巴基管具有多種性質,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,並取得了不少成果曠