美科学家破译巴基球形成之谜

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富勒烯又称巴基球，于1985年发现的继金刚石和石墨之后碳元素的第三种晶体形态。 因为它的外形结构很像美国建筑师巴克明斯特·富勒(Buckminster Fuller)设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑，因此得名“富勒烯”。 富勒烯(fullerenes)是一类由五元环和六元环组成的空心碳笼。其中五元环为固定数目12个，而六元环的数目不限。1987年，因发现富勒烯而获得诺贝尔化学奖的Kroto教授提出了稳定富勒烯的“独立五元环规则”，他认为相邻五元环会带来较大的弯曲能，所以稳定的富勒烯碳笼应该不含相邻的五元环。这一规则因与实验结果相符合而在富勒烯研究领域被当作公理使用。符合“独立五元环规则”的富勒烯被称之为常规富勒烯，反之则被称之为非常规富勒烯。
据报道，经过25年的探索，美国科学家们最近揭开了富勒烯家族中巴基球的笼状碳分子形成之谜。  

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　　美国佛罗里达州立大学和美国国家科学基金会支持的国家高磁场实验室的研究团队取得的这一成果，清晰地展示了巴基球是如何自组装成笼状结构的，其对于碳纳米技术的发展意义重大，同时也为探究宇宙中广泛存在的太空富勒烯的起源提供了重要线索。  

　　科学家们于1985年发现了富勒烯。富勒烯是完全由碳组成的中空的球型、椭球型、柱型或管状分子的总称，很像足球的球型富勒烯叫做巴基球，其含有60个碳原子。高度对称、性质迷人的巴基球分子最开始是如何形成的，一直是25年来科学家力求破解的谜题。这一秘密一直保守至今的原因在于，C60分子是在高能条件下以极快的速度生成。“这一过程简直就是在瞬间完成的——要看到它们如何魔术般地生成，这几乎不可能。”该研究论文的首要作者、佛罗里达州立大学化学和生物化学系博士生保罗·邓克说。  

　　研究团队采用一种巧妙的方法来验证巴基球的形成，他们在《自然—通讯》杂志上发表论文描述道：“我们先将业已存在的富勒烯分子与碳和氦混合，然后用激光轰击，并利用国家高磁场实验室的9.4特斯拉傅里叶变换离子回旋共振质谱仪，对激光轰击过程中产生的几十种分子进行分析。我们惊奇地发现，富勒烯分子非但没有被摧毁，反而在生长。富勒烯能够从周围的气体中吸收碳并与碳相结合，自组装成笼状的巴基球。”  
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　　他们还通过使用中心包含有重金属原子的富勒烯证明，巴基球的碳“笼子”在整个过程中始终是封闭着的。“如果笼子在生长时裂开，我们就将失去金属原子，但它们一直被锁在里面。”邓克说。  

　　最新研究成果对于了解地外环境中富勒烯形成将有重要意义。美国国家航空航天局最近发布的报告显示，C60晶体也存在于围绕遥远恒星的轨道上。这表明，宇宙中的富勒烯可能比以前认为的更为普遍。“我们的研究结果对于破译外星环境中富勒烯的形成必定极有价值。”参与该研究的佛罗里达州立大学化学家、曾因发现C60而荣膺诺贝尔奖的哈里·克罗托说。  

　　这项研究也为深入了解其他碳纳米材料，如碳纳米管和碳家族“新贵”石墨烯的自组装过程奠定了基础

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