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第42章 与碳元素的不解之缘

日本东京都立大学理学部,用激光制作出了每立方厘米100万个以上的碳原子团,他们还计划制作出每立方厘米100亿个的碳原子团,并计划研究原子团的构造结构。

他们把棒状石墨放在氦气中,用激光照射,即产生大小不等的等离子团混合体,把这些离子团进行加速运动,使其变为大小一致的离子团。然后利用电场、离子透镜,使其高密度化。再用激光照射使之中性化。这样即可制作出密度为从前原子团密度10倍以上的碳原子团。

激光对碳元素的意义远非如此,引起全世界上万名科学家和工程师钻进去研究的碳60(分子式)即为一例。

1985年美国科学家克劳特和斯莫利等人,在用激光束轰击石墨靶表面时,意外地发现了碳60。所谓碳60,就是一个由60个碳原子构成的空心大分子。根据化学键理论及拓朴学原理推断,碳60分子构型类似空间正20面体,碳原子之间相互键联,形成一个由12个正5边形和20个正6边形组成的闭合系统,如果做成一个模型,酷似一个小足球,所以碳60还有一个别名叫做足球烯,亦称巴基球。

人们对碳60的兴趣,开始只是考虑到其具有很好的化学稳定性,不易与一些氧化气体发生反应,在常温常压下是绝缘体,加热到300多摄氏度也不会发生变化的热稳定性等特殊性质,预测可能会成为新一代的润滑剂或催化剂。然而,1991年4月,美国贝尔实验室的研究人员,在碳60的分子中掺入少量钾原子后使它成为超导体,其临界温度为18K,并将掺钾碳60分子置于与空气隔绝的环境中进行了导电试验。这一发现引起了超导科研工作者们的极大兴趣,纷纷组织力量对碳60进行研究。1991年5月,美国几家研究所用铷取代钾,使临界温度提高到30K;7日,日本电气研究所通过加铯,使它和铷在碳60中生成化合物,又使临界温度提高到了33K。

正是在短短的3个月内,碳60超导体的临界温度提高了近1倍,使科学家们看到了碳60这类碳集束分子作为超导体的巨大潜力。化学家们认为,如能制得碳540,即使碳60分子内的碳原子数目增加8倍,就有希望成为室温超导体。目前正在进行碳240的合成试验。

从理论上讲,碳60的化合物的超导临界温度尚不及氧化物陶瓷等,为什么科学家和超导界的人们都这样钟情于碳60呢?原来,碳60具有已知的其他超导体所没有的优点:一是通过隧道扫描显微镜,可以定性定量地对碳60及其混合物进行稳定地观察,测量和拍照,而其他氧化物在这一方面比较差,二是碳系超导体具有很好的加工性能,如可以很容易地抽拉成细纤维等,这一点是陶瓷系超导体所根本不具备的,所以科学家们对碳60寄予以厚望。

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