价值连城的“足球烯”，美妙绝伦，性能优异，应用前景广阔！
在“世界杯”即将到来之际，人们对世界足球顶尖级赛事充满期待。
而被誉为“足球盛宴”的“足球烯”，作为20世纪80年代的重大科学发现之一，同样值得期待。
年，美英科学家克罗托等三人发现的“足球烯”荣获了诺贝尔化学奖。那么，“足球烯”是个什么“宝贝”？它又是如何与科学家“邂逅”的呢？它的应用前景又是怎样的呢？
克罗托博士的“足球烯”模型（网络图）“足球烯”与科学家的意外“邂逅”
碳作为一个大众元素，普通得不能再普通了。在常温下，碳元素很不活泼，也没有华丽的外表。但这并不能说明碳元素不重要，因为朴素不等于无用！
年的秋天，对于全人类来说都是一个激动人心的时刻。美英科学家科尔、克罗托和斯莫利经过一周紧张的工作之后，十分意外地发现了元素碳的一种新的同素异形体——“足球烯”。
“足球烯”是由60个碳原子构成的空心笼状物质，因其在外形上酷似一个足球而得名。原来，“足球烯”分子是一种由60个碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形，与足球的结构非常相似，称其为“足球烯”也就不足为怪了。
足球与“足球烯”（网络图）其实，“足球烯”只是C60的一个通俗叫法，那么它的学名叫什么呢？为了给C60起一个响当当的名字，它的发现者可是没少费心血哦！
美英科学家克罗托等三人发现美国著名建筑大师巴克明斯特富勒的网格半球体穹顶结构与这个“纳米足球”十分相像。因此就根据巴克明斯特富勒的名字，把C60命名为“富勒烯”，又名“巴基球”或“巴克球”。
富勒的建筑杰作（网络图）（他发明的网格穹顶为一种由四面体框架构成的自我支撑的半球体。）
“富勒烯”家族还有许多成员，它们都是20世纪80年代的重大科学发现之一，具有十分重要的科学意义。这些神奇的全碳分子及其衍生物质，由于具有特殊的组成结构而显示出许多新颖奇特的物理化学性质。
“足球烯”家族成员（网络图）本是同碳生，缘何各不同？
“足球烯”作为一种令世界震撼的“新形态碳”，极大地丰富了人们对于碳元素的认识。然而，为什么同样是由碳原子组成的物质，有的硬如顽石，有的软如泥块，还有的美丽无比……
这里是足球的世界（网络图）（《富勒烯的物理及化学》封面）
科学家已经发现，由碳元素组成的物质主要有金刚石、石墨、C60（足球烯）等单质。它们之所以具有如此大的性能差异，原来是由于它们具有不同原子模型的缘故。
纯净的金刚石是无色透明的正八面体形状的固体，现在已经发现它是天然存在的最硬的物质。原来，金刚石的原子是交错排列的，每一个碳原子都紧密地与其它4个碳原子直接连接，从而形成了一个牢固的立体结构，因而它就显得十分坚硬了。
金刚石结构示意图（网络图）金刚石经过琢磨后可能闪烁出耀眼的光芒，因此可以用来制作价格昂贵的钻石装饰品。同时，金刚石还可用来制作钻头、钻凿岩石、裁割玻璃以及切割大理石等。
石墨是一种深灰色的具有金属光泽而不透明的细磷片状固体，就目前所知它是自然界中最软的矿石。原来石墨中的碳原子是一层一层排列的，虽然每一层的碳原子结合得非常紧密，但层与层之间的结合力却非常地弱。
石墨结构示意图（网络图）因此，石墨在层间非常容易发生断裂，从而表现出较软的性质，如具有滑腻感、熔点较高、容易导电等优良的性能，常可用干电池的电极或高温作业下的润滑剂。
尽管“富勒烯”与金刚石、石墨同属于碳元素组成的单质，但“富勒烯”特殊的结构特点决定了其具有特殊的物理化学性能。如C60球形刚性分子具有很高的抗压强度，C60可以溶解于苯等非极性溶剂中，碱金属掺杂的C60具有良好的超导性，而过渡金属C60化合物则表现出较好的氧化还原性能。
“足球烯”模型（网络图）C60具有稳定的分子结构，但又具有一定的反应活性。据悉，C60能够进行加成反应、配位反应、周环反应等。并且，C60与环糊精、环芳烃形成的水溶性主客体复合物将在超分子化学、仿生化学领域发挥重要作用。
据悉，在高压条件下C60可以转变为金刚石，这无疑于开辟了金刚石合成的新途径。同时，C60的中空球形结构使其在内外表面都可以进行化学反应，从而得到具有特殊功能的C60衍生物。
“足球烯”续写碳素传奇
碳元素作为地球宇宙微粒的主要构成元素之一，在地球生命的演化过程中发挥了极其重要的作用。在地球上，碳是一切生命的基础。地球上已知的生物大多数为碳基生物，即以碳元素为有机物质基础的生物。
碳元素是自然界中存在形式最为复杂的一种元素，其特有的共价键结合形式成就了种类繁多、功能奇特的有机物。由于碳具有很高的成键能力，并且具有许多独特的性能，使其有资格成为太阳能的主要化学能源载体。
科学家认为，氨基酸和核苷酸是生命的基本单元，而氨基酸和核苷酸又都是以碳链为骨架构造而成的。伴随着碳链的延长，氨基酸和核苷酸则进一步演变成为了蛋白质和核酸，这是原始生命诞生的基础，也是人类诞生必然经历的过程。
科学家认为，富勒烯家族的其它成员也极有可能具有超导性。如电子掺杂的C60最高转换温度为40K，而电子掺杂的C70的转换温度为7K。据悉，英国的研究者正在开发能用于原子钟的内嵌富勒烯，这是目前世界上最为昂贵的一种新材料，每克的价值大约为1.45亿美元。当“富勒烯”内嵌氮原子时，由于它们电子自旋的寿命非常长，因此具有改变我们计时方式的潜力，并有望把原子钟安装在手机内的芯片上。
“足球烯”变成了“球形容器”（网络图科学家正在尝试打开足球烯的“球门”，从而把某些原子或离子搀杂进去，这样“足球烯”就可以成为一个特殊的球形容器了，并有望在宇宙化学、超导领域、材料科学以及医学领域获得非凡应用。
碳纳米管也是一种典型的“富勒烯”，是一种具有管状结构的碳原子簇。根据理论计算，碳纳米管纤维的强度为钢的倍，而质量却只有钢的七分之一。
碳纳米管结构示意图（网络图）碳纳米管还具有极强的储气能力，可以应用于燃料电池的储氢装置上。如果把碳纳米管制作成碳纤维，那么一定会是一种十分理想的轻质高强度材料。
“富勒烯”原子团簇及其衍生物有望在生命化学、有机化学、材料化学、无机化学、高分子科学、催化化学等许多领域获得重要应用，并深刻影响人类社会的许多方面。
有科学家认为，富勒烯还将为研究抗癌药物提供潜在的线索，并在超导体、耐磨润滑材料、催化剂载体、高能电池材料、医学影像剂以及抑制病毒等方面具有广阔的应用前景。
参考文献
现代物理知识萧如珀杨信男译.《年9月1至11日：富勒烯的发现》，中科院高能所，-08-28。
材料人网新闻编辑团队李团伟.《足球烯——科学世界里的足球盛宴》，材料人网，-01-21。
新材料在线.《10亿1克的富勒烯到底是什么样子的？》，搜狐网，-08-15。
作者：肖溪树